Universitas Peking berhasil menciptakan sumber laser kontinu berbasis perovskit yang berukuran kurang dari 1 mikron persegi.

Universitas Peking mewujudkan perovskit kontinu.sumber 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 on-chip (<10 fJ bit-1). Namun, seiring dengan penurunan 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 gain optiknya yang tinggi dan sifat polariton eksiton yang unik. Luas perangkat sumber laser kontinu perovskit yang dilaporkan hingga saat ini masih lebih besar dari 10μm2, dan semua sumber laser sub-mikron membutuhkan cahaya berdenyut dengan kepadatan energi pompa yang lebih tinggi untuk stimulasi.

Menanggapi tantangan ini, kelompok riset Zhang Qing dari Sekolah Ilmu dan Teknik Material Universitas Peking berhasil menyiapkan material kristal tunggal submikron perovskit berkualitas tinggi untuk mencapai sumber laser pemompaan optik kontinu dengan luas perangkat serendah 0,65 μm². Pada saat yang sama, mekanisme eksiton polariton dalam proses laser pemompaan optik kontinu submikron dipahami secara mendalam, yang memberikan ide baru untuk pengembangan laser semikonduktor ambang rendah berukuran kecil. Hasil penelitian yang berjudul “Laser Perovskit Pemompaan Gelombang Kontinu dengan Luas Perangkat di Bawah 1 μm²” baru-baru ini diterbitkan di jurnal Advanced Materials.

Dalam penelitian ini, lembaran mikro kristal tunggal perovskit anorganik CsPbBr3 disiapkan pada substrat safir dengan deposisi uap kimia. Diamati bahwa kopling kuat eksiton perovskit dengan foton rongga mikro dinding suara pada suhu kamar menghasilkan pembentukan polariton eksitonik. 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 perangkatnya serendah 0,65 μm². Pada saat yang sama, ditemukan bahwa ambang batas sumber laser sub-mikron sebanding dengan ambang batas sumber laser berukuran besar, dan bahkan bisa lebih rendah (Gambar 1).

Gambar 1. CsPbBr3 submikron yang dipompa secara optik secara kontinusumber cahaya laser

Lebih lanjut, penelitian ini mengeksplorasi secara eksperimental dan teoritis, serta mengungkap mekanisme eksiton-eksiton terpolarisasi dalam realisasi sumber laser kontinu submikron. Peningkatan kopling foton-eksiton dalam perovskit submikron menghasilkan peningkatan signifikan pada indeks bias kelompok hingga sekitar 80, yang secara substansial meningkatkan penguatan mode untuk mengkompensasi kehilangan mode. Hal ini juga menghasilkan sumber laser submikron perovskit dengan faktor kualitas mikrokavitas efektif yang lebih tinggi dan lebar garis emisi yang lebih sempit (Gambar 2). Mekanisme ini juga memberikan wawasan baru tentang pengembangan laser berukuran kecil dan berambang batas rendah berdasarkan material semikonduktor lainnya.

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

Song Jiepeng, mahasiswa Zhibo tahun 2020 dari Fakultas Ilmu dan Teknik Material Universitas Peking, adalah penulis pertama makalah ini, dan Universitas Peking adalah unit pertama yang terlibat dalam makalah ini. Zhang Qing dan Xiong Qihua, profesor Fisika di Universitas Tsinghua, adalah penulis korespondensi. Penelitian ini didukung oleh Dana Sains Alam Nasional Tiongkok dan Dana Sains Beijing untuk Pemuda Berprestasi.