Пекинският университет реализира перовскитно непрекъснатолазерен източникпо-малък от 1 квадратен микрон
Важно е да се конструира непрекъснат лазерен източник с площ на устройството по-малка от 1μm2, за да се отговори на изискването за ниска консумация на енергия за оптично свързване на чипа (<10 fJ bit-1). С намаляването на размера на устройството обаче оптичните и материалните загуби се увеличават значително, така че постигането на субмикронен размер на устройството и непрекъснато оптично напомпване на лазерни източници е изключително предизвикателство. През последните години халогенидните перовскитни материали получиха широко внимание в областта на непрекъснато оптично напомпваните лазери поради високото им оптично усилване и уникалните свойства на екситон-поларитоните. Площта на устройството на перовскитните непрекъснати лазерни източници, докладвана досега, все още е по-голяма от 10μm2, а всички субмикронни лазерни източници изискват импулсна светлина с по-висока плътност на енергията на напомпване, за да стимулират.
В отговор на това предизвикателство, изследователската група на Джан Цин от Училището по материалознание и инженерство на Пекинския университет успешно подготви висококачествени перовскитни субмикронни монокристални материали, за да постигне лазерни източници с непрекъснато оптично напомпване с площ на устройството от едва 0,65 μm2. В същото време фотонът е разкрит. Механизмът на екситонните поляритони в субмикронния процес на непрекъснато оптично напомпване е дълбоко разбран, което предоставя нова идея за разработването на нископрагови полупроводникови лазери с малък размер. Резултатите от изследването, озаглавено „Перовскитни лазери с непрекъснато напомпване с площ на устройството под 1 μm2“, бяха публикувани наскоро в Advanced Materials.
В тази работа, микронен лист от неорганичен перовскит CsPbBr3 монокристал е приготвен върху сапфирен субстрат чрез химическо отлагане от пари. Наблюдавано е, че силното свързване на перовскитните екситони с фотоните на микрокухината на звуковата стена при стайна температура води до образуването на екситонни поляритони. Чрез серия от доказателства, като например линейна до нелинейна интензивност на емисията, тясна ширина на линията, трансформация на емисионната поляризация и пространствена кохерентна трансформация при праг, е потвърдена непрекъснатата оптично напомпвана флуоресцентна лазера на субмикронно размерен монокристал CsPbBr3, а площта на устройството е едва 0,65 μm2. В същото време е установено, че прагът на субмикронния лазерен източник е сравним с този на лазерния източник с голям размер и дори може да бъде по-нисък (Фигура 1).
Фигура 1. Непрекъснато оптично напомпван субмикрон CsPbBr3лазерен източник на светлина
Освен това, тази работа изследва както експериментално, така и теоретично, и разкрива механизма на екситонно-поляризираните екситони при реализацията на субмикронни непрекъснати лазерни източници. Подобреното фотон-екситонно свързване в субмикронните перовскити води до значително увеличение на груповия индекс на пречупване до около 80, което значително увеличава коефициента на усилване на модата, за да компенсира загубата на мода. Това също така води до перовскитен субмикронен лазерен източник с по-висок ефективен коефициент на качество на микрокухината и по-тясна ширина на емисионната линия (Фигура 2). Механизмът също така предоставя нови прозрения за разработването на лазери с малък размер и нисък праг, базирани на други полупроводникови материали.
Фигура 2. Механизъм на субмикронния лазерен източник, използващ екситонни поляризони
Сонг Джиепенг, студент от 2020 г. в „Жибо“ от Училището по материалознание и инженерство към Пекинския университет, е първият автор на статията, а Пекинският университет е първото звено, в което се разработва статията. Джан Цин и Сюн Цихуа, професор по физика в университета Цинхуа, са съответните автори. Работата е подкрепена от Националната фондация за природни науки на Китай и Пекинската научна фондация за изключителни млади хора.
Време на публикуване: 12 септември 2023 г.