A pekingi egyetem egy perovszkit folytonos szerkezetet valósított meg.lézerforráskisebb, mint 1 négyzetmikron
Fontos, hogy egy 1 μm2-nél kisebb felületű folyamatos lézerforrást építsünk, hogy megfeleljünk a chipre integrált optikai összekapcsolás alacsony energiafogyasztási követelményének (<10 fJ bit-1). Az eszköz méretének csökkenésével azonban az optikai és anyagveszteségek jelentősen megnőnek, így a szubmikronos eszközméret és a lézerforrások folyamatos optikai pumpálásának elérése rendkívül kihívást jelent. Az elmúlt években a halogenid perovszkit anyagok nagy figyelmet kaptak a folyamatos optikailag pumpált lézerek területén a nagy optikai erősítésük és egyedi exciton polariton tulajdonságaik miatt. A perovszkit folyamatos lézerforrások eddig jelentett eszközfelülete továbbra is nagyobb, mint 10 μm2, és a szubmikronos lézerforrások mindegyike nagyobb pumpálási energiasűrűségű impulzusfényt igényel a stimuláláshoz.
Erre a kihívásra válaszul a Pekingi Egyetem Anyagtudományi és Mérnöki Karának Zhang Qing kutatócsoportja sikeresen előállított kiváló minőségű perovszkit szubmikron egykristályos anyagokat, amelyekkel folyamatos optikai pumpáló lézerforrásokat hoztak létre, akár 0,65 μm2 eszközfelülettel. Ezzel egyidejűleg feltárták a fotont is. A szubmikron folyamatos optikai pumpálású lézerfolyamatban az exciton polariton mechanizmusát mélyrehatóan megértették, ami új ötleteket kínál a kis méretű, alacsony küszöbértékű félvezető lézerek fejlesztéséhez. A „Folyamatos hullámmal pumpált perovszkit lézerek 1 μm2 alatti eszközfelülettel” című tanulmány eredményeit nemrégiben tették közzé az Advanced Materials folyóiratban.
Ebben a munkában szervetlen perovszkit CsPbBr3 egykristály mikronlemezt állítottak elő zafír hordozón kémiai gőzfázisú leválasztással. Megfigyelték, hogy a perovszkit excitonok erős csatolása a hangfal mikroüreg fotonjaival szobahőmérsékleten excitonikus polariton képződéséhez vezetett. Számos bizonyíték, mint például a lineárisból nemlineárisba történő emissziós intenzitás, a keskeny vonalszélesség, az emissziós polarizáció átalakulás és a küszöbértéknél bekövetkező térbeli koherencia átalakulás, megerősítette a szubmikron méretű CsPbBr3 egykristály folyamatos optikailag pumpált fluoreszcencia lézerét, és az eszköz területe mindössze 0,65 μm2. Ugyanakkor azt is megállapították, hogy a szubmikron lézerforrás küszöbértéke összehasonlítható a nagyméretű lézerforrás küszöbértékével, sőt alacsonyabb is lehet (1. ábra).
1. ábra. Folyamatos optikai pumpálású szubmikronos CsPbBr3lézerfényforrás
Továbbá, ez a munka kísérletileg és elméletileg is feltárja az exciton-polarizált excitonok mechanizmusát a szubmikronos folyamatos lézerforrások megvalósításában. A szubmikronos perovszkitokban a fokozott foton-exciton csatolás a csoporttörésmutató jelentős, körülbelül 80-as növekedését eredményezi, ami lényegesen növeli a móduserősítést a módusveszteség kompenzálására. Ez egy olyan perovszkit szubmikronos lézerforrást is eredményez, amely magasabb effektív mikroüreg minőségi tényezővel és keskenyebb emissziós vonalszélességgel rendelkezik (2. ábra). A mechanizmus új ismereteket nyújt a más félvezető anyagokon alapuló kis méretű, alacsony küszöbértékű lézerek fejlesztésébe is.
2. ábra. Excitonikus polarizációkat használó szubmikronos lézerforrás mechanizmusa
A tanulmány első szerzője Song Jiepeng, a Pekingi Egyetem Anyagtudományi és Mérnöki Karának 2020-as Zhibo hallgatója, a tanulmány első egysége pedig a Pekingi Egyetemé. A levelező szerzők Zhang Qing és Xiong Qihua, a Tsinghua Egyetem fizika professzora. A munkát a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány és a Pekingi Kiemelkedő Fiatalok Tudományos Alapítványa támogatta.
Közzététel ideje: 2023. szeptember 12.