Sveučilište u Pekingu ostvarilo je perovskitni kontinuirani laserski izvor manji od 1 kvadratnog mikrona

Sveučilište u Pekingu ostvarilo je perovskitni kontinuiranilaserski izvormanji od 1 kvadratnog mikrona
Važno je konstruirati kontinuirani laserski izvor s površinom uređaja manjom od 1 μm2 kako bi se zadovoljio zahtjev za nisku potrošnju energije optičkog međusobnog povezivanja na čipu (<10 fJ bit-1). Međutim, kako se veličina uređaja smanjuje, optički i materijalni gubici značajno se povećavaju, pa je postizanje submikronske veličine uređaja i kontinuiranog optičkog pumpanja laserskih izvora izuzetno izazovno. Posljednjih godina, halogenidni perovskitni materijali privukli su veliku pozornost u području kontinuiranih optički pumpanih lasera zbog njihovog visokog optičkog pojačanja i jedinstvenih svojstava eksciton polaritona. Površina perovskitnih kontinuiranih laserskih izvora o kojoj je do sada bilo riječi još uvijek je veća od 10 μm2, a svi submikronski laserski izvori zahtijevaju pulsirajuću svjetlost s većom gustoćom energije pumpanja za poticanje.

Kao odgovor na ovaj izazov, istraživačka grupa Zhang Qinga sa Škole za znanost i inženjerstvo materijala Sveučilišta u Pekingu uspješno je pripremila visokokvalitetne perovskitne submikronske monokristalne materijale kako bi postigla kontinuirane optičke pumpne laserske izvore s površinom uređaja od samo 0,65 μm2. Istovremeno, otkriven je foton. Mehanizam ekscitonskog polaritona u submikronskom procesu kontinuiranog optičkog pumpanja lasera je duboko shvaćen, što pruža novu ideju za razvoj poluvodičkih lasera niskog praga malih dimenzija. Rezultati studije pod nazivom „Kontinuirano pumpani perovskitni laseri s površinom uređaja ispod 1 μm2“ nedavno su objavljeni u časopisu Advanced Materials.

U ovom radu, mikronski sloj anorganskog perovskitnog monokristala CsPbBr3 pripremljen je na safirnoj podlozi kemijskim taloženjem iz parne faze. Uočeno je da snažno spajanje perovskitnih eksitona s fotonima mikrošupljine zvučne stijenke na sobnoj temperaturi rezultira stvaranjem eksitonskog polaritona. Nizom dokaza, kao što su intenzitet emisije od linearnog do nelinearnog, uska širina linije, transformacija polarizacije emisije i prostorna koherentna transformacija na pragu, potvrđena je kontinuirana optički pumpana fluorescentna laserska aktivnost monokristala CsPbBr3 submikronske veličine, a površina uređaja je samo 0,65 μm2. Istovremeno, utvrđeno je da je prag submikronskog laserskog izvora usporediv s pragom laserskog izvora velike veličine, pa čak i niži (Slika 1).

Slika 1. Kontinuirano optički pumpani submikronski CsPbBr3izvor laserske svjetlosti

Nadalje, ovaj rad istražuje i eksperimentalno i teoretski te otkriva mehanizam ekscitonski polariziranih ekscitona u realizaciji submikronskih kontinuiranih laserskih izvora. Poboljšano fotonsko-eksitonsko spajanje u submikronskim perovskitima rezultira značajnim povećanjem grupnog indeksa loma na oko 80, što znatno povećava pojačanje moda kako bi se kompenzirao gubitak moda. To također rezultira perovskitnim submikronskim laserskim izvorom s višim efektivnim faktorom kvalitete mikrošupljine i užom širinom emisijske linije (Slika 2). Mehanizam također pruža nove uvide u razvoj lasera male veličine s niskim pragom na bazi drugih poluvodičkih materijala.

Slika 2. Mehanizam submikronskog laserskog izvora koji koristi eksitonske polarizone

Song Jiepeng, studentica Zhiboa iz 2020. sa Škole za znanost o materijalima i inženjerstvo Sveučilišta u Pekingu, prvi je autor rada, a Sveučilište u Pekingu prva je jedinica u radu. Zhang Qing i Xiong Qihua, profesor fizike na Sveučilištu Tsinghua, odgovarajući su autori. Rad su podržali Nacionalna zaklada za prirodne znanosti Kine i Pekinška znanstvena zaklada za izvanredne mlade ljude.