Đại học Bắc Kinh đã hiện thực hóa một perovskite liên tụcnguồn lasernhỏ hơn 1 micron vuông
Điều quan trọng là phải chế tạo một nguồn laser liên tục với diện tích thiết bị nhỏ hơn 1μm2 để đáp ứng yêu cầu tiêu thụ năng lượng thấp của kết nối quang học trên chip (<10 fJ bit-1). Tuy nhiên, khi kích thước thiết bị giảm, tổn thất quang học và vật liệu tăng đáng kể, do đó, việc đạt được kích thước thiết bị dưới micron và bơm quang liên tục của các nguồn laser là vô cùng khó khăn. Trong những năm gần đây, vật liệu perovskite halide đã nhận được sự quan tâm rộng rãi trong lĩnh vực laser bơm quang liên tục do độ khuếch đại quang học cao và các đặc tính phân cực exciton độc đáo của chúng. Diện tích thiết bị của các nguồn laser liên tục perovskite được báo cáo cho đến nay vẫn lớn hơn 10μm2 và tất cả các nguồn laser dưới micron đều yêu cầu ánh sáng xung có mật độ năng lượng bơm cao hơn để kích thích.
Để giải quyết thách thức này, nhóm nghiên cứu của Zhang Qing thuộc Viện Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, Đại học Bắc Kinh đã chế tạo thành công vật liệu đơn tinh thể perovskite dưới micron chất lượng cao để tạo ra nguồn laser bơm quang liên tục với diện tích thiết bị chỉ 0,65 μm². Đồng thời, photon cũng được khám phá. Cơ chế phân cực exciton trong quá trình laser bơm quang liên tục dưới micron đã được hiểu rõ, mở ra một ý tưởng mới cho việc phát triển laser bán dẫn ngưỡng thấp kích thước nhỏ. Kết quả nghiên cứu mang tên “Laser perovskite bơm sóng liên tục với diện tích thiết bị dưới 1 μm²” vừa được công bố trên tạp chí Advanced Materials.
Trong nghiên cứu này, tấm micron tinh thể đơn perovskite CsPbBr3 vô cơ đã được chế tạo trên đế sapphire bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học. Nghiên cứu đã quan sát thấy sự kết hợp mạnh mẽ giữa các exciton perovskite với các photon vi khoang vách âm ở nhiệt độ phòng dẫn đến sự hình thành polariton exciton. Thông qua một loạt các bằng chứng, chẳng hạn như cường độ phát xạ tuyến tính đến phi tuyến tính, độ rộng vạch hẹp, biến đổi phân cực phát xạ và biến đổi tính nhất quán không gian tại ngưỡng, lase huỳnh quang bơm quang liên tục của tinh thể đơn CsPbBr3 kích thước dưới micron đã được xác nhận, và diện tích thiết bị thấp tới 0,65μm2. Đồng thời, nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng ngưỡng của nguồn laser dưới micron tương đương với nguồn laser kích thước lớn, và thậm chí có thể thấp hơn (Hình 1).
Hình 1. CsPbBr3 dưới micron được bơm quang học liên tụcnguồn sáng laser
Hơn nữa, nghiên cứu này khám phá cả về mặt thực nghiệm và lý thuyết, đồng thời làm sáng tỏ cơ chế của exciton phân cực exciton trong việc tạo ra nguồn laser liên tục dưới micron. Sự kết hợp photon-exciton tăng cường trong perovskite dưới micron dẫn đến sự gia tăng đáng kể chiết suất nhóm lên khoảng 80, làm tăng đáng kể độ lợi mode để bù cho sự mất mode. Điều này cũng dẫn đến một nguồn laser perovskite dưới micron có hệ số chất lượng khoang vi mô hiệu dụng cao hơn và độ rộng vạch phát xạ hẹp hơn (Hình 2). Cơ chế này cũng cung cấp những hiểu biết mới về sự phát triển của laser kích thước nhỏ, ngưỡng thấp dựa trên các vật liệu bán dẫn khác.
Hình 2. Cơ chế của nguồn laser dưới micron sử dụng phân cực excitonic
Song Jiepeng, sinh viên Zhibo khóa 2020, Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, Đại học Bắc Kinh, là tác giả chính của bài báo, và Đại học Bắc Kinh là đơn vị đầu tiên của bài báo. Zhang Qing và Xiong Qihua, giáo sư Vật lý tại Đại học Thanh Hoa, là các tác giả liên hệ. Công trình được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc và Quỹ Khoa học Trẻ Xuất sắc Bắc Kinh.
Thời gian đăng: 12-09-2023