La Universitat de Pequín va realitzar una perovskita contínuafont làsermés petit que 1 micra quadrada
És important construir una font làser contínua amb una àrea de dispositiu inferior a 1 μm2 per complir amb el requisit de baix consum d'energia de la interconnexió òptica en xip (<10 fJ bit-1). Tanmateix, a mesura que disminueix la mida del dispositiu, les pèrdues òptiques i de material augmenten significativament, de manera que aconseguir una mida de dispositiu submicrònica i el bombament òptic continu de fonts làser és extremadament difícil. En els darrers anys, els materials de perovskita d'halur han rebut una àmplia atenció en el camp dels làsers continus bombats òpticament a causa del seu alt guany òptic i les seves propietats úniques de polaritó d'excitó. L'àrea del dispositiu de les fonts làser contínues de perovskita reportades fins ara encara és superior a 10 μm2, i totes les fonts làser submicrològiques requereixen llum polsada amb una densitat d'energia de bombament més alta per estimular-se.
En resposta a aquest repte, el grup de recerca de Zhang Qing de l'Escola de Ciència i Enginyeria de Materials de la Universitat de Pequín ha preparat amb èxit materials monocristallins de perovskita submicrònica d'alta qualitat per aconseguir fonts làser de bombament òptic continu amb una àrea de dispositiu tan baixa com 0,65 μm2. Al mateix temps, es revela el fotó. Es coneix profundament el mecanisme del polaritó d'excitó en el procés de làser de bombament òptic continu submicrònic, cosa que proporciona una nova idea per al desenvolupament de làsers semiconductors de baix llindar de mida petita. Els resultats de l'estudi, titulat "Làsers de perovskita bombats d'ona contínua amb una àrea de dispositiu inferior a 1 μm2", s'han publicat recentment a Advanced Materials.
En aquest treball, es va preparar una làmina de monocristall de perovskita inorgànica CsPbBr3 de micres sobre un substrat de safir mitjançant deposició química de vapor. Es va observar que el fort acoblament dels excitons de perovskita amb els fotons de la microcavitat de la paret sonora a temperatura ambient va resultar en la formació de polaritons excitònics. A través d'una sèrie d'evidències, com ara la intensitat d'emissió lineal a no lineal, l'amplada de línia estreta, la transformació de polarització d'emissió i la transformació de coherència espacial al llindar, es confirma la làser de fluorescència bombada òpticament contínua del monocristall CsPbBr3 de mida submicrònica, i l'àrea del dispositiu és tan baixa com 0,65 μm2. Al mateix temps, es va trobar que el llindar de la font làser submicrònica és comparable al de la font làser de gran mida, i fins i tot pot ser inferior (Figura 1).
Figura 1. CsPbBr3 submicrònic bombat òpticament en continufont de llum làser
A més, aquest treball explora tant experimentalment com teòricament, i revela el mecanisme dels excitons polaritzats per excitons en la realització de fonts làser contínues submicròniques. L'acoblament fotó-excitó millorat en perovskites submicròniques resulta en un augment significatiu de l'índex de refracció del grup a aproximadament 80, cosa que augmenta substancialment el guany de mode per compensar la pèrdua de mode. Això també resulta en una font làser submicrònica de perovskita amb un factor de qualitat de microcavitat efectiva més alt i una amplada de línia d'emissió més estreta (Figura 2). El mecanisme també proporciona nous coneixements sobre el desenvolupament de làsers de mida petita i llindar baix basats en altres materials semiconductors.
Figura 2. Mecanisme d'una font làser submicrònica que utilitza polaritzans excitònics
Song Jiepeng, estudiant de Zhibo 2020 de l'Escola de Ciència i Enginyeria de Materials de la Universitat de Pequín, és el primer autor de l'article, i la Universitat de Pequín és la primera unitat de l'article. Zhang Qing i Xiong Qihua, professor de física a la Universitat de Tsinghua, són els autors corresponents. El treball ha estat finançat per la Fundació Nacional de Ciències Naturals de la Xina i la Fundació de Ciències de Pequín per a Joves Destacats.
Data de publicació: 12 de setembre de 2023