Universitas Peking merealisasikan sumber laser kontinu perovskit yang lebih kecil dari 1 mikron persegi

Universitas Peking mewujudkan perovskite yang berkelanjutansumber laserlebih kecil dari 1 mikron persegi
Penting untuk membangun sumber laser kontinu dengan luas perangkat kurang dari 1μm2 untuk memenuhi persyaratan konsumsi energi yang rendah dari interkoneksi optik on-chip (<10 fJ bit-1). Namun, seiring dengan mengecilnya ukuran perangkat, kehilangan optik dan material meningkat secara signifikan, sehingga mencapai ukuran perangkat sub-mikron dan pemompaan optik sumber laser secara terus-menerus sangatlah menantang. Dalam beberapa tahun terakhir, bahan perovskit halida telah mendapat perhatian luas di bidang laser yang dipompa secara optik terus menerus karena perolehan optiknya yang tinggi dan sifat polariton eksiton yang unik. Area 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 merangsangnya.

Menanggapi tantangan ini, kelompok penelitian Zhang Qing dari Fakultas Sains dan Teknik Material Universitas Peking berhasil menyiapkan bahan kristal tunggal submikron perovskit berkualitas tinggi untuk mencapai sumber laser pemompaan optik berkelanjutan dengan luas perangkat serendah 0,65μm2. Pada saat yang sama, foton terungkap. Mekanisme eksiton polariton dalam proses penguat optik kontinu submikron telah dipahami secara mendalam, yang memberikan ide baru untuk pengembangan laser semikonduktor ambang batas rendah ukuran kecil. Hasil penelitian bertajuk “Laser Perovskit yang Dipompa Gelombang Berkelanjutan dengan Area Perangkat Di Bawah 1 μm2,” baru-baru ini dipublikasikan di Advanced Materials.

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

Gambar 1. Submikron CsPbBr3 yang dipompa secara optik secara kontinyusumber cahaya laser

Lebih lanjut, karya ini mengeksplorasi baik secara eksperimental dan teoritis, dan mengungkapkan mekanisme eksiton terpolarisasi dalam realisasi sumber laser kontinu submikron. Kopling foton-eksiton yang ditingkatkan dalam perovskit submikron menghasilkan peningkatan yang signifikan dalam indeks bias kelompok menjadi sekitar 80, yang secara substansial meningkatkan perolehan mode untuk mengkompensasi hilangnya 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 mengenai pengembangan laser berukuran kecil dan ambang batas rendah berdasarkan bahan semikonduktor lainnya.

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

Song Jiepeng, mahasiswa Zhibo tahun 2020 dari Fakultas Sains dan Teknik Material Universitas Peking, adalah penulis pertama makalah ini, dan Universitas Peking adalah unit pertama makalah tersebut. Zhang Qing dan Xiong Qihua, profesor Fisika di Universitas Tsinghua, adalah penulis terkait. Pekerjaan ini didukung oleh National Natural Science Foundation of China dan Beijing Science Foundation for Outstanding Young People.