La Universidad de Pekín realizó una perovskita continuafuente lásermenor que 1 micrón cuadrado
Es importante construir una fuente láser continua con un área de dispositivo inferior a 1 μm2 para cumplir con el requisito de bajo consumo de energía de la interconexión óptica en chip (<10 fJ bit-1). Sin embargo, a medida que disminuye el tamaño del dispositivo, las pérdidas ópticas y de material aumentan significativamente, por lo que lograr un tamaño de dispositivo submicrónico y un bombeo óptico continuo de fuentes láser es extremadamente desafiante. En los últimos años, los materiales de perovskita de haluro han recibido amplia atención en el campo de los láseres continuos bombeados ópticamente debido a su alta ganancia óptica y sus propiedades únicas de excitón-polaritón. El área del dispositivo de las fuentes láser continuas de perovskita reportadas hasta ahora sigue siendo superior a 10 μm2, y todas las fuentes láser submicrónicas requieren luz pulsada con mayor densidad de energía de bombeo para estimular.
En respuesta a este desafío, el grupo de investigación de Zhang Qing de la Facultad de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Pekín preparó con éxito materiales monocristalinos submicrónicos de perovskita de alta calidad para lograr fuentes láser de bombeo óptico continuo con un área de dispositivo tan baja como 0,65 μm2. Al mismo tiempo, se revela el fotón. Se comprende profundamente el mecanismo del excitón-polaritón en el proceso de láser de bombeo óptico continuo submicrónico, lo que proporciona una nueva idea para el desarrollo de láseres semiconductores de bajo umbral y tamaño pequeño. Los resultados del estudio, titulado "Láseres de perovskita bombeados por onda continua con un área del dispositivo inferior a 1 μm2", se publicaron recientemente en Advanced Materials.
En este trabajo, se preparó la lámina de microcristales monocristalinos de perovskita inorgánica CsPbBr3 sobre un sustrato de zafiro mediante deposición química de vapor. Se observó que el fuerte acoplamiento de los excitones de perovskita con los fotones de la microcavidad de la pared sonora a temperatura ambiente dio como resultado la formación de polaritones excitónicos. A través de una serie de evidencias, tales como intensidad de emisión lineal a no lineal, ancho de línea estrecho, transformación de polarización de emisión y transformación de coherencia espacial en el umbral, se confirma la láser de fluorescencia continua bombeada ópticamente del monocristal de CsPbBr3 de tamaño submicrométrico y el área del dispositivo. es tan bajo como 0,65 μm2. Al mismo tiempo, se descubrió que el umbral de la fuente láser submicrónica es comparable al de la fuente láser de gran tamaño, e incluso puede ser menor (Figura 1).
Figura 1. CsPbBr3 submicrónico bombeado ópticamente de forma continuafuente de luz láser
Además, este trabajo explora tanto experimental como teóricamente y revela el mecanismo de los excitones polarizados por excitones en la realización de fuentes láser continuas submicrónicas. El acoplamiento mejorado de fotón-excitón en perovskitas submicrónicas da como resultado un aumento significativo en el índice de refracción del grupo a aproximadamente 80, lo que aumenta sustancialmente la ganancia de modo para compensar la pérdida de modo. Esto también da como resultado una fuente de láser submicrónico de perovskita con un factor de calidad de microcavidad efectivo más alto y un ancho de línea de emisión más estrecho (Figura 2). El mecanismo también proporciona nuevos conocimientos sobre el desarrollo de láseres de pequeño tamaño y bajo umbral basados en otros materiales semiconductores.
Figura 2. Mecanismo de fuente láser submicrónica que utiliza polarizonas excitónicas
Song Jiepeng, estudiante de Zhibo 2020 de la Facultad de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Pekín, es el primer autor del artículo, y la Universidad de Pekín es la primera unidad del artículo. Zhang Qing y Xiong Qihua, profesor de Física en la Universidad de Tsinghua, son los autores correspondientes. El trabajo contó con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y la Fundación Científica para Jóvenes Destacados de Beijing.
Hora de publicación: 12 de septiembre de 2023