La Universidad de Pekín realizó un experimento continuo de perovskitafuente lásermás pequeño 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 energético 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 el bombeo óptico continuo de fuentes láser es extremadamente difícil. En los últimos años, los materiales de perovskita de haluro han recibido gran atención en el campo de los láseres de bombeo óptico continuo debido a su alta ganancia óptica y sus propiedades únicas de polaritón excitónico. El área de dispositivo de las fuentes láser continuas de perovskita descritas hasta la fecha sigue siendo superior a 10 μm², y todas las fuentes láser submicrónicas requieren luz pulsada con mayor densidad de energía de bombeo para su estimulación.
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 de perovskita submicrónica de alta calidad para lograr fuentes láser de bombeo óptico continuo con un área de dispositivo de tan solo 0,65 μm². Al mismo tiempo, se revela el fotón. Se comprende a fondo el mecanismo del polaritón excitón en el proceso 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 de dispositivo inferior a 1 μm²", se publicaron recientemente en Advanced Materials.
En este trabajo, se preparó una lámina micrométrica de monocristal 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 acústica a temperatura ambiente resultó en la formación de un polaritón excitónico. Mediante una serie de evidencias, como la intensidad de emisión lineal a no lineal, el ancho de línea estrecho, la transformación de la polarización de la emisión y la transformación de la coherencia espacial en el umbral, se confirmó la fluorescencia continua bombeada ópticamente del monocristal de CsPbBr₃ de tamaño submicrónico, y el área del dispositivo es de tan solo 0,65 μm². Al mismo tiempo, se encontró que el umbral de la fuente láser submicrónica es comparable al de la fuente láser de gran tamaño, e incluso puede ser inferior (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 creación de fuentes láser continuas submicrónicas. El acoplamiento fotón-excitón mejorado en perovskitas submicrónicas resulta en un aumento significativo del índice de refracción de grupo, hasta aproximadamente 80, lo que incrementa sustancialmente la ganancia modal para compensar la pérdida modal. Esto también resulta en una fuente láser submicrónica 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 para el desarrollo de láseres de pequeño tamaño y bajo umbral basados en otros materiales semiconductores.
Figura 2. Mecanismo de una fuente láser submicrónica que utiliza polarizones excitónicos
Song Jiepeng, estudiante de Zhibo de 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 mismo. Zhang Qing y Xiong Qihua, profesor de Física de 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 de Pekín para Jóvenes Destacados.
Hora de publicación: 12 de septiembre de 2023