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

Pekinas Universitāte atklāja perovskīta nepārtrauktībulāzera avotsmazāks par 1 kvadrātmikronu
Ir svarīgi konstruēt nepārtrauktas darbības lāzera avotu ar ierīces laukumu, kas mazāks par 1 μm2, lai izpildītu mikroshēmas optiskā savienojuma zemā enerģijas patēriņa prasību (<10 fJ bit-1). Tomēr, samazinoties ierīces izmēram, optiskie un materiālu zudumi ievērojami palielinās, tāpēc panākt submikrona ierīces izmēru un nepārtrauktu lāzera avotu optisko sūknēšanu ir ārkārtīgi sarežģīti. Pēdējos gados halogenīdu perovskīta materiāli ir saņēmuši plašu uzmanību nepārtrauktas darbības optiski sūknējamo lāzeru jomā, pateicoties to augstajam optiskajam pastiprinājumam un unikālajām eksitonu polaritonu īpašībām. Līdz šim ziņotais perovskīta nepārtrauktas darbības lāzera avotu ierīces laukums joprojām ir lielāks par 10 μm2, un visiem submikrona lāzera avotiem stimulēšanai ir nepieciešama impulsa gaisma ar lielāku sūknēšanas enerģijas blīvumu.

Reaģējot uz šo izaicinājumu, Pekinas Universitātes Materiālzinātnes un inženierzinātņu skolas Džana Cjina pētnieku grupa veiksmīgi sagatavoja augstas kvalitātes perovskīta submikrona monokristāla materiālus, lai iegūtu nepārtrauktas darbības optiskās sūknēšanas lāzera avotus ar ierīces laukumu tikai 0,65 μm2. Vienlaikus tiek atklāts fotons. Ir dziļi izprasts eksitona polaritona mehānisms submikrona nepārtrauktas darbības optiski sūknētās lāzerēšanas procesā, kas sniedz jaunu ideju maza izmēra zema sliekšņa pusvadītāju lāzeru izstrādei. Pētījuma ar nosaukumu "Nepārtrauktas darbības viļņu sūknēti perovskīta lāzeri ar ierīces laukumu zem 1 μm2" rezultāti nesen tika publicēti žurnālā "Advanced Materials".

Šajā darbā uz safīra substrāta ar ķīmiskās tvaiku pārklāšanas metodi tika sagatavota neorganiskā perovskīta CsPbBr3 monokristāla mikronu loksne. Tika novērots, ka perovskīta eksitonu spēcīgā saistīšanās ar skaņas sienas mikrodobumu fotoniem istabas temperatūrā izraisīja eksitoniskā polaritona veidošanos. Ar virkni pierādījumu, piemēram, lineāras uz nelineāru emisijas intensitāti, šauru līnijas platumu, emisijas polarizācijas transformāciju un telpiskās koherences transformāciju pie sliekšņa, tiek apstiprināta nepārtraukta optiski sūknēta submikrona izmēra CsPbBr3 monokristāla fluorescences lāzera darbība, un ierīces laukums ir tikai 0,65 μm2. Vienlaikus tika konstatēts, ka submikrona lāzera avota slieksnis ir salīdzināms ar liela izmēra lāzera avota slieksni un var būt pat zemāks (1. attēls).

1. attēls. Nepārtrauktas optiskās sūknēšanas submikrona CsPbBr3lāzera gaismas avots

Turklāt šajā darbā tiek gan eksperimentāli, gan teorētiski pētīts eksitonu polarizētu eksitonu mehānisms submikronu nepārtrauktu lāzeru avotu realizācijā. Uzlabotā fotonu-eksitonu sasaiste submikronu perovskītos izraisa ievērojamu grupas refrakcijas indeksa palielināšanos līdz aptuveni 80, kas būtiski palielina režīma pastiprinājumu, lai kompensētu režīma zudumu. Tas arī rada perovskīta submikronu lāzera avotu ar augstāku efektīvo mikrodobumu kvalitātes koeficientu un šaurāku emisijas līnijas platumu (2. attēls). Mehānisms sniedz arī jaunu ieskatu maza izmēra, zema sliekšņa lāzeru izstrādē, kuru pamatā ir citi pusvadītāju materiāli.

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

Raksta pirmais autors ir Suns Dzjepens, 2020. gada Džibo students no Pekinas Universitātes Materiālzinātnes un inženierzinātņu skolas, un Pekinas Universitāte ir raksta pirmā vienība. Korespondējošie autori ir Džans Cjins un Sjuns Cjihua, fizikas profesors Tsinghua Universitātē. Darbu atbalstīja Ķīnas Nacionālais dabaszinātņu fonds un Pekinas Izcilo jauniešu zinātnes fonds.