A Pekingi Egyetem megvalósított egy 1 négyzetmikronnál kisebb perovszkit folyamatos lézerforrást

A Pekingi Egyetem perovszkit folytonosságot valósított meglézerforráskisebb, mint 1 négyzetmikron
Fontos, hogy folytonos lézerforrást hozzunk létre 1 μm2-nél kisebb eszközterülettel, hogy megfeleljen a chipen belüli optikai összekapcsolás alacsony energiafogyasztási követelményének (<10 fJ bit-1). Az eszköz méretének csökkenésével azonban jelentősen megnőnek az optikai és anyagveszteségek, így a mikron alatti eszközméret és a lézerforrások folyamatos optikai pumpálása rendkívül nagy kihívást jelent. Az elmúlt években a halogenid-perovszkit anyagok nagy figyelmet kaptak a folyamatos optikai pumpás lézerek területén nagy optikai erősítésük és egyedülálló exciton polariton tulajdonságaik miatt. A perovszkit folyamatos lézerforrások eddig bejelentett területe még mindig nagyobb, mint 10 μm2, és a szubmikron lézerforrások mindegyikének stimulálásához nagyobb szivattyúenergia-sűrűségű pulzáló fényre van szükség.

Válaszul erre a kihívásra Zhang Qing kutatócsoportja, a Pekingi Egyetem Anyagtudományi és Mérnöki Iskolájából sikeresen készített kiváló minőségű perovszkit szubmikron egykristályos anyagokat, amelyek segítségével 0,65 μm2-es eszközterülettel folyamatos optikai pumpáló lézerforrásokat állítottak elő. Ugyanakkor a foton feltárul. Az exciton polariton mechanizmusa a szubmikron folyamatos optikai pumpás lézerezési folyamatban mélyen ismert, ami új ötletet ad a kis méretű, alacsony küszöbű félvezető lézerek fejlesztéséhez. A „Continuous Wave Pumped Perovskite Lasers with Device Area Below 1 μm2” című tanulmány eredményeit a közelmúltban tették közzé az Advanced Materials-ban.

Ebben a munkában a szervetlen perovszkit CsPbBr3 egykristály mikronlemezt zafír hordozóra állítottuk elő kémiai gőzleválasztással. Megfigyelték, hogy a perovszkit excitonok erős kapcsolódása a hangfal mikroüreg fotonjaihoz szobahőmérsékleten exciton polariton képződést eredményezett. Számos bizonyíték, például a lineáristól a nemlineárisig terjedő emissziós intenzitás, a keskeny vonalszélesség, az emissziós polarizációs transzformáció és a térbeli koherencia-transzformáció a küszöbértéknél megerősítette a mikronnál kisebb méretű CsPbBr3 egykristály folyamatos optikailag pumpált fluoreszcencia lázát és a készülék területét. olyan alacsony, mint 0,65 μm2. Ugyanakkor azt találtuk, hogy a szubmikron lézerforrás küszöbértéke összemérhető a nagyméretű lézerforráséval, sőt még alacsonyabb is lehet (1. ábra).

1. ábra. Folyamatos optikailag pumpált szubmikron CsPbBr3lézer fényforrás

Továbbá ez a munka kísérletileg és elméletileg is feltárja, és feltárja az exciton-polarizált excitonok mechanizmusát szubmikronos folytonos lézerforrások megvalósításában. A szubmikron perovszkitokban a fokozott foton-exciton csatolás a csoport törésmutatójának jelentős növekedését eredményezi, körülbelül 80-ra, ami jelentősen megnöveli az üzemmód-erősítést, hogy kompenzálja a módusvesztést. Ez egy perovszkit szubmikron lézerforrást is eredményez, magasabb effektív mikroüreges minőségi tényezővel és szűkebb emissziós vonalszélességgel (2. ábra). A mechanizmus új betekintést nyújt a kis méretű, alacsony küszöbű lézerek fejlesztésébe is, amelyek más félvezető anyagokon alapulnak.

2. ábra A szubmikron lézerforrás mechanizmusa excitonikus polarizont használva

Song Jiepeng, a Pekingi Egyetem Anyagtudományi és Mérnöki Iskolájának 2020-as Zhibo-hallgatója a tanulmány első szerzője, a Pekingi Egyetem pedig a tanulmány első egysége. Zhang Qing és Xiong Qihua, a Tsinghua Egyetem fizikaprofesszora a megfelelő szerzők. A munkát a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány és a Pekingi Tudományos Alapítvány a Kiváló Fiatalokért támogatta.