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

Universitas Peking mewujudkan perovskit berkelanjutansumber laserlebih kecil dari 1 mikron persegi
Penting untuk membangun sumber laser kontinu dengan luas perangkat kurang dari 1μm² guna memenuhi persyaratan konsumsi energi rendah untuk interkoneksi optik on-chip (<10 fJ bit-1). Namun, seiring berkurangnya ukuran perangkat, kerugian optik dan material meningkat secara signifikan, sehingga mencapai ukuran perangkat sub-mikron dan pemompaan optik kontinu pada sumber laser menjadi sangat menantang. Dalam beberapa tahun terakhir, material perovskit halida telah mendapatkan perhatian luas di bidang laser pompa optik kontinu karena penguatan optiknya yang tinggi dan sifat eksiton polaritonnya 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 menstimulasinya.

Menanggapi tantangan ini, kelompok peneliti Zhang Qing dari Fakultas 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 sekecil 0,65 μm². Pada saat yang sama, foton terungkap. Mekanisme eksiton polariton dalam proses laser pemompaan optik kontinu submikron telah dipahami secara mendalam, yang memberikan ide baru untuk pengembangan laser semikonduktor berukuran kecil dengan ambang batas rendah. Hasil penelitian yang berjudul "Laser Perovskit yang Dipompa Gelombang Kontinu dengan Luas Perangkat di Bawah 1 μm²" baru-baru ini dipublikasikan di Advanced Materials.

Dalam penelitian ini, lembaran mikron kristal tunggal perovskit anorganik CsPbBr3 disiapkan pada substrat safir melalui deposisi uap kimia. Penggabungan kuat eksiton perovskit dengan foton rongga mikro dinding suara pada suhu ruang diamati menghasilkan pembentukan polariton eksiton. Melalui serangkaian bukti, seperti intensitas emisi linear menjadi nonlinier, lebar garis sempit, transformasi polarisasi emisi, dan transformasi koherensi spasial pada ambang batas, laser fluoresensi terpompa optik kontinu dari kristal tunggal CsPbBr3 berukuran submikron terkonfirmasi, dan luas permukaan perangkatnya hanya 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 lanjut, penelitian ini mengeksplorasi, baik secara eksperimental maupun teoretis, dan mengungkap mekanisme eksiton-terpolarisasi dalam realisasi sumber laser kontinu submikron. Kopling foton-eksiton yang ditingkatkan dalam perovskit submikron menghasilkan peningkatan indeks bias grup yang signifikan hingga sekitar 80, yang secara substansial meningkatkan penguatan mode untuk mengkompensasi 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 berukuran kecil dan berambang batas rendah berbasis material semikonduktor lainnya.

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

Song Jiepeng, mahasiswa Zhibo angkatan 2020 dari Fakultas Ilmu dan Teknik Material Universitas Peking, adalah penulis pertama makalah ini, dan Universitas Peking merupakan unit pertama makalah ini. Zhang Qing dan Xiong Qihua, profesor Fisika di Universitas Tsinghua, adalah penulis korespondensi. Penelitian ini didukung oleh Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional Tiongkok dan Yayasan Sains Beijing untuk Generasi Muda Berprestasi.