A Universidade de Pequim realizou uma perovskita contínuafonte de lasermenor que 1 mícron quadrado
É importante construir uma fonte de laser contínua com uma área de dispositivo inferior a 1 μm2 para atender ao requisito de baixo consumo de energia da interconexão óptica no chip (<10 fJ bit-1).No entanto, à medida que o tamanho do dispositivo diminui, as perdas ópticas e de material aumentam significativamente, de modo que é extremamente desafiador alcançar um tamanho de dispositivo submícron e um bombeamento óptico contínuo de fontes de laser.Nos últimos anos, os materiais de perovskita haleto têm recebido ampla atenção no campo de lasers bombeados opticamente contínuos devido ao seu alto ganho óptico e propriedades únicas de exciton polariton.A área do dispositivo de fontes contínuas de laser de perovskita relatada até agora ainda é maior que 10 μm2, e todas as fontes de laser submícron requerem luz pulsada com maior densidade de energia da bomba para estimular.
Em resposta a este desafio, o grupo de pesquisa de Zhang Qing da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Pequim preparou com sucesso materiais de cristal único submícron de perovskita de alta qualidade para obter fontes de laser de bombeamento óptico contínuo com uma área de dispositivo tão baixa quanto 0,65μm2.Ao mesmo tempo, o fóton é revelado.O mecanismo do exciton polariton no processo de laser continuamente bombeado opticamente submícron é profundamente compreendido, o que fornece uma nova idéia para o desenvolvimento de lasers semicondutores de baixo limiar e tamanho pequeno.Os resultados do estudo, intitulado “Lasers de perovskita bombeados por onda contínua com área de dispositivo abaixo de 1 μm2”, foram publicados recentemente na Advanced Materials.
Neste trabalho, a folha de mícron de cristal único de perovskita inorgânica CsPbBr3 foi preparada em substrato de safira por deposição química de vapor.Observou-se que o forte acoplamento dos excitons da perovskita com os fótons da microcavidade da parede sonora à temperatura ambiente resultou na formação do polariton excitônico.Através de uma série de evidências, como intensidade de emissão linear a não linear, largura de linha estreita, transformação de polarização de emissão e transformação de coerência espacial no limiar, o lase de fluorescência bombeado opticamente contínuo do único cristal CsPbBr3 de tamanho submícron é confirmado, e a área do dispositivo é tão baixo quanto 0,65μm2.Ao mesmo tempo, verificou-se que o limiar da fonte de laser submícron é comparável ao da fonte de laser de grande porte, podendo até ser menor (Figura 1).
Figura 1. CsPbBr3 submícron bombeado opticamente contínuofonte de luz laser
Além disso, este trabalho explora experimental e teoricamente e revela o mecanismo de excitons polarizados por excitons na realização de fontes de laser contínuas submicrométricas.O acoplamento aprimorado de fóton-exciton em perovskitas submicrométricas resulta em um aumento significativo no índice de refração do grupo para cerca de 80, o que aumenta substancialmente o ganho de modo para compensar a perda de modo.Isso também resulta em uma fonte de laser submícron de perovskita com um fator de qualidade de microcavidade eficaz mais alto e uma largura de linha de emissão mais estreita (Figura 2).O mecanismo também fornece novos insights sobre o desenvolvimento de lasers de pequeno porte e baixo limiar baseados em outros materiais semicondutores.
Figura 2. Mecanismo de fonte de laser submícron usando polarizons excitônicas
Song Jiepeng, um estudante Zhibo de 2020 da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Pequim, é o primeiro autor do artigo, e a Universidade de Pequim é a primeira unidade do artigo.Zhang Qing e Xiong Qihua, professor de Física na Universidade de Tsinghua, são os autores correspondentes.O trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China e pela Fundação Científica de Pequim para Jovens Extraordinários.
Horário da postagem: 12 de setembro de 2023