Universitas Peking menyadari sumber laser kontinyu perovskit yang lebih kecil dari 1 mikron persegi

Universitas Peking menyadari perovskit terus menerussumber laserlebih kecil dari 1 mikron persegi
Penting untuk membangun sumber laser kontinu dengan luas perangkat kurang dari 1μm2 untuk memenuhi persyaratan konsumsi energi rendah dari interkoneksi optik pada chip (<10 fJ bit-1). Namun, seiring dengan berkurangnya ukuran perangkat, kerugian optik dan material meningkat secara signifikan, sehingga mencapai ukuran perangkat sub-mikron dan pemompaan optik kontinu dari sumber laser sangatlah menantang. Dalam beberapa tahun terakhir, material perovskit halida telah mendapat perhatian luas di bidang laser yang dipompa secara optik kontinu karena perolehan optiknya yang tinggi dan sifat polariton eksiton yang unik. Luas perangkat sumber laser kontinu perovskit yang dilaporkan sejauh ini masih lebih besar dari 10μm2, dan semua sumber laser submikron memerlukan cahaya berdenyut dengan kepadatan energi pompa yang lebih tinggi untuk merangsang.

Menanggapi tantangan ini, kelompok peneliti Zhang Qing dari Sekolah Ilmu Material dan Teknik Universitas Peking berhasil menyiapkan material kristal tunggal submikron perovskit berkualitas tinggi untuk mencapai sumber laser pemompaan optik kontinu dengan area perangkat serendah 0,65μm2. Pada saat yang sama, foton terungkap. Mekanisme eksiton polariton dalam proses laser pemompaan optik kontinu submikron dipahami secara mendalam, yang memberikan ide baru untuk pengembangan laser semikonduktor ambang batas rendah ukuran kecil. Hasil penelitian, berjudul "Laser Perovskit yang Dipompa Gelombang Kontinu dengan Area Perangkat di Bawah 1 μm2," baru-baru ini diterbitkan dalam Advanced Materials.

Dalam penelitian ini, lembaran mikron kristal tunggal perovskit anorganik CsPbBr3 disiapkan pada substrat safir dengan pengendapan uap kimia. Diamati bahwa penggabungan kuat eksiton perovskit dengan foton rongga mikro dinding suara pada suhu ruangan menghasilkan pembentukan polariton eksiton. Melalui serangkaian bukti, seperti intensitas emisi linier ke nonlinier, lebar garis sempit, transformasi polarisasi emisi, dan transformasi koherensi spasial pada ambang batas, laser fluoresensi yang dipompa secara optik kontinu dari kristal tunggal CsPbBr3 berukuran sub-mikron dikonfirmasi, dan luas perangkat serendah 0,65μm2. Pada saat yang sama, ditemukan bahwa ambang batas sumber laser submikron sebanding dengan sumber laser berukuran besar, dan bahkan dapat lebih rendah (Gambar 1).

Gambar 1. CsPbBr3 submikron yang dipompa secara optik secara terus-menerussumber cahaya laser

Lebih jauh, karya ini mengeksplorasi baik secara eksperimental maupun teoritis, dan mengungkap mekanisme eksiton terpolarisasi-eksiton dalam realisasi sumber laser kontinu submikron. Kopling foton-eksiton yang ditingkatkan dalam perovskit submikron menghasilkan peningkatan signifikan dalam indeks bias grup hingga sekitar 80, yang secara substansial meningkatkan perolehan mode untuk mengompensasi kehilangan mode. Hal ini juga menghasilkan sumber laser submikron perovskit dengan faktor kualitas rongga mikro efektif yang lebih tinggi dan lebar garis emisi yang lebih sempit (Gambar 2). Mekanisme ini juga memberikan wawasan baru dalam pengembangan laser ukuran kecil dan ambang batas rendah berdasarkan bahan semikonduktor lainnya.

Gambar 2. Mekanisme sumber laser sub-mikron menggunakan polarison eksitonik

Song Jiepeng, mahasiswa Zhibo tahun 2020 dari Sekolah Ilmu Material dan Teknik Universitas Peking, adalah penulis pertama makalah tersebut, dan Universitas Peking adalah unit pertama makalah tersebut. Zhang Qing dan Xiong Qihua, profesor Fisika di Universitas Tsinghua, adalah penulis korespondensi. Pekerjaan tersebut didukung oleh Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional Tiongkok dan Yayasan Sains Beijing untuk Orang Muda Berprestasi.