Đại học Bắc Kinh nhận ra perovskite liên tụcnguồn lasernhỏ hơn 1 micron vuông
Điều quan trọng là phải xây dựng nguồn laser liên tục có diện tích thiết bị nhỏ hơn 1μm2 để đáp ứng yêu cầu tiêu thụ năng lượng thấp của kết nối quang trên chip (<10 fJ bit-1).Tuy nhiên, khi kích thước thiết bị giảm, tổn thất quang học và vật liệu tăng lên đáng kể, do đó, việc đạt được kích thước thiết bị dưới micron và bơm quang liên tục các nguồn laser là vô cùng khó khăn.Trong những năm gần đây, vật liệu perovskite halogenua đã nhận được sự chú ý rộng rãi trong lĩnh vực laser được bơm quang học liên tục nhờ độ lợi quang học cao và đặc tính phân cực exiton 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 các nguồn laser submicron đều yêu cầu ánh sáng xung có mật độ năng lượng bơm cao hơn để kích thích.
Để đối phó với thách thức này, nhóm nghiên cứu của Zhang Qing từ Trường Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu thuộc Đại học Bắc Kinh đã chế tạo thành công vật liệu tinh thể đơn perovskite submicron chất lượng cao để đạt được nguồn laser bơm quang liên tục với diện tích thiết bị thấp tới 0,65μm2.Đồng thời, photon được tiết lộ.Cơ chế của phân cực kích thích trong quá trình phát laser được bơm quang liên tục dưới micromet đã được hiểu sâu sắc, điều này mang lại ý tưởng mới cho việc phát triển laser bán dẫn ngưỡng thấp kích thước nhỏ.Kết quả của nghiên cứu có tiêu đề “Laser Perovskite được bơm sóng liên tục với diện tích thiết bị dưới 1 μm2” gần đây đã được công bố trên tạp chí Advanced Materials.
Trong nghiên cứu này, tấm micron đơn tinh thể perovskite CsPbBr3 vô cơ đã được điều chế trên đế sapphire bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học.Người ta quan sát thấy rằng sự kết hợp mạnh mẽ của các chất kích thích perovskite với các photon vi khoang âm thanh ở nhiệt độ phòng dẫn đến sự hình thành phân cực kích thích.Thông qua một loạt bằng chứng, chẳng hạn như cường độ phát xạ tuyến tính đến phi tuyến, độ rộng vạch hẹp, biến đổi phân cực phát xạ và biến đổi kết hợp không gian ở ngưỡng, laser huỳnh quang được bơm quang học liên tục của tinh thể đơn CsPbBr3 có kích thước dưới micron đã được xác nhận và khu vực thiết bị thấp tới 0,65μm2.Đồng thời, người ta nhận thấy ngưỡng của nguồn laser submicron tương đương với ngưỡng của nguồn laser kích thước lớn và thậm chí có thể thấp hơn (Hình 1).
Hình 1. Submicron được bơm quang học liên tục CsPbBr3nguồn ánh sáng laze
Hơn nữa, công trình này khám phá cả về mặt thực nghiệm và lý thuyết, đồng thời tiết lộ cơ chế của các exiton phân cực exiton trong việc hiện thực hóa các nguồn laser liên tục dưới micromet.Sự kết hợp photon-exciton được tăng cường trong perovskites submicron dẫn đến sự gia tăng đáng kể chỉ số khúc xạ nhóm lên khoảng 80, làm tăng đáng kể mức tăng chế độ để bù cho việc mất chế độ.Điều này cũng dẫn đến nguồn laser submicron perovskite có hệ số chất lượng khoang vi mô hiệu quả cao hơn và băng thông 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 cỡ micromet sử dụng phân cực kích thích
Song Jiepeng, sinh viên Zhibo năm 2020 của Trường Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu thuộc Đại học Bắc Kinh, là tác giả đầu tiên 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 tương ứng.Công trình được hỗ trợ bởi Quỹ khoa học tự nhiên quốc gia Trung Quốc và Quỹ khoa học Bắc Kinh dành cho những người trẻ xuất sắc.
Thời gian đăng: Sep-12-2023