Pekinas Universitāte realizēja perovskīta nepārtrauktu lāzera avotu, kas ir mazāks par 1 kvadrātmikronu

Pekinas Universitāte realizēja perovskīta nepārtrauktībulāzera avotsmazāks par 1 kvadrātmikronu
Ir svarīgi izveidot nepārtrauktu lāzera avotu ar ierīces laukumu, kas mazāks par 1 μm2, lai izpildītu mikroshēmas optiskā starpsavienojuma zemā enerģijas patēriņa prasību (<10 fJ bit-1). Tomēr, samazinoties ierīces izmēram, ievērojami palielinās optiskie un materiālie zudumi, tāpēc ir ārkārtīgi grūti sasniegt ierīces izmēru, kas mazāks par mikronu un lāzera avotu nepārtrauktu optisko sūknēšanu. Pēdējos gados halogenīdu perovskīta materiāliem ir pievērsta liela uzmanība nepārtrauktu optiski sūknētu lāzeru jomā, pateicoties to augstajam optiskajam pastiprinājumam un unikālajām eksitona polaritona īpašībām. Līdz šim ziņotais perovskīta nepārtraukto lāzera avotu ierīces laukums joprojām ir lielāks par 10 μm2, un visu submikronu lāzera avotu stimulēšanai nepieciešama impulsa gaisma ar lielāku sūkņa enerģijas blīvumu.

Atbildot uz šo izaicinājumu, Pekinas Universitātes Materiālzinātnes un inženierzinātņu skolas Zhang Qing pētnieku grupa veiksmīgi sagatavoja augstas kvalitātes perovskīta submikronu monokristālu materiālus, lai iegūtu nepārtrauktas optiskās sūknēšanas lāzera avotus ar ierīces laukumu līdz 0,65 μm2. Tajā pašā laikā tiek atklāts fotons. Eksitona polaritona mehānisms submikronu nepārtrauktā optiski sūknētā lāzera procesā ir dziļi izprasts, kas sniedz jaunu ideju maza izmēra zema sliekšņa pusvadītāju lāzeru izstrādei. Pētījuma ar nosaukumu "Nepārtrauktas viļņu sūknēšanas perovskīta lāzeri ar ierīces laukumu zem 1 μm2" rezultāti nesen tika publicēti Advanced Materials.

Šajā darbā neorganiskā perovskīta CsPbBr3 monokristāla mikronu loksne tika sagatavota uz safīra substrāta ar ķīmisku tvaiku pārklāšanu. Tika novērots, ka spēcīga perovskīta eksitonu saistība ar skaņas sienas mikrodobuma fotoniem istabas temperatūrā izraisīja eksitona polaritona veidošanos. Izmantojot virkni pierādījumu, piemēram, lineāro līdz nelineāro emisijas intensitāti, šauru līniju platumu, emisijas polarizācijas transformāciju un telpiskās koherences transformāciju pie sliekšņa, tiek apstiprināta submikrona izmēra CsPbBr3 monokristāla nepārtraukta optiski sūknētā fluorescences lāze un ierīces laukums. ir 0,65 μm2. Tajā pašā laikā tika konstatēts, ka submikronu lāzera avota slieksnis ir salīdzināms ar liela izmēra lāzera avota slieksni un var būt pat zemāks (1. attēls).

1. attēls. Nepārtraukta optiski sūknēta submikrona CsPbBr3lāzera gaismas avots

Turklāt šis darbs pēta gan eksperimentāli, gan teorētiski un atklāj eksitonu polarizēto eksitonu mehānismu submikronu nepārtrauktu lāzera avotu realizācijā. Uzlabotā fotonu-eksitona savienošana submikronu perovskītos ievērojami palielina grupas refrakcijas indeksu līdz aptuveni 80, kas būtiski palielina režīma pastiprinājumu, lai kompensētu režīma zudumu. Tādējādi tiek iegūts arī perovskīta submikronu lāzera avots ar augstāku efektīvo mikrodobuma kvalitātes faktoru un šaurāku emisijas līnijas platumu (2. attēls). Mehānisms arī sniedz jaunu ieskatu maza izmēra, zema sliekšņa lāzeru izstrādē, kuru pamatā ir citi pusvadītāju materiāli.

2. attēls. Submikronu lāzera avota mehānisms, izmantojot eksitoniskos polarizonus

Song Jiepeng, 2020. gada Zhibo students no Pekinas Universitātes Materiālzinātnes un inženierzinātņu skolas, ir šī raksta pirmais autore, un Pekinas Universitāte ir šī darba pirmā nodaļa. Zhang Qing un Xiong Qihua, Tsinghua universitātes fizikas profesors, ir attiecīgie autori. Darbu atbalstīja Ķīnas Nacionālais dabaszinātņu fonds un Pekinas Zinātnes fonds izciliem jauniešiem.