Pekingi ülikool realiseeris perovskite pidevalaserallikasväiksem kui 1 ruutmikroon
Oluline on konstrueerida pidev laserallikas seadme pindalaga alla 1 μm2, et rahuldada kiibisisese optilise ühenduse madala energiatarbimise nõuet (<10 fJ bit-1). Kuna aga seadme suurus väheneb, suurenevad optilised ja materjalikaod märkimisväärselt, mistõttu on seadme alla mikroni suuruse ja laserallikate pideva optilise pumpamise saavutamine äärmiselt keeruline. Viimastel aastatel on halogeniidperovskiitmaterjalid pälvinud suurt tähelepanu pidevate optiliselt pumbatavate laserite valdkonnas nende suure optilise võimenduse ja ainulaadsete eksitoni polaritoni omaduste tõttu. Seni teatatud perovskite pidevate laserallikate seadme pindala on endiselt suurem kui 10 μm2 ja kõik submikronilised laserallikad vajavad stimuleerimiseks suurema pumba energiatihedusega impulssvalgust.
Vastuseks sellele väljakutsele valmistas Pekingi ülikooli materjaliteaduse ja tehnika kooli Zhang Qingi uurimisrühm edukalt kõrgekvaliteedilisi perovskiit-submikronilisi monokristallmaterjale, et saavutada pidevad optilised pumpamislaserallikad seadme pindalaga kuni 0,65 μm2. Samal ajal ilmub footon. Eksitooni polaritoni mehhanism submikronilises pidevas optiliselt pumbatavas laseriprotsessis on sügavalt mõistetav, mis annab uue idee väikese suurusega madala lävega pooljuhtlaserite arendamiseks. Uuringu "Pidevlainepumbaga perovskiitlaserid, mille seadme pindala on alla 1 μm2" tulemused avaldati hiljuti ajakirjas Advanced Materials.
Selles töös valmistati anorgaaniline perovskiit CsPbBr3 monokristalliline mikroni leht safiirsubstraadile keemilise aur-sadestamise teel. Täheldati, et perovskiit-eksitonite tugev sidestamine heliseina mikroõõnsuse footonitega toatemperatuuril põhjustas eksitoonse polaritoni moodustumise. Mitmete tõendite abil, nagu lineaarne kuni mittelineaarne emissiooni intensiivsus, kitsas joone laius, emissiooni polarisatsiooni teisendus ja ruumilise koherentsuse teisendus läviväärtusel, kinnitatakse sub-mikroni suuruse CsPbBr3 monokristalli pidev optiliselt pumbatud fluorestsentslaas ja seadme pindala. on nii madal kui 0,65 μm2. Samal ajal leiti, et submikronilise laserallika lävi on võrreldav suuremõõtmelise laserallika omaga ja võib olla isegi madalam (joonis 1).
Joonis 1. Pidev optiliselt pumbatav submikron CsPbBr3laservalgusallikas
Lisaks uurib see töö nii eksperimentaalselt kui ka teoreetiliselt ning paljastab eksiton-polariseeritud eksitonite mehhanismi submikroniliste pidevate laserallikate realiseerimisel. Täiustatud footon-eksitoni sidestus submikronilistes perovskiitides suurendab rühma murdumisnäitaja märkimisväärselt kuni umbes 80-ni, mis suurendab oluliselt režiimi võimendust, et kompenseerida režiimi kadu. Selle tulemuseks on ka perovskiit-submikron-laserallikas, millel on suurem efektiivne mikroõõnsuse kvaliteeditegur ja kitsam emissioonijoone laius (joonis 2). Mehhanism annab ka uusi teadmisi väikese suurusega, madala lävega laserite väljatöötamise kohta, mis põhinevad muudel pooljuhtmaterjalidel.
Joonis 2. Submikronilise laserallika mehhanism, kasutades eksitoonseid polarisoone
Song Jiepeng, 2020. aasta Zhibo üliõpilane Pekingi ülikooli materjaliteaduse ja tehnika koolist, on töö esimene autor ja Pekingi ülikool on töö esimene üksus. Zhang Qing ja Tsinghua ülikooli füüsikaprofessor Xiong Qihua on vastavad autorid. Tööd toetasid Hiina riiklik loodusteaduste fond ja Pekingi silmapaistvate noorte teadusfond.
Postitusaeg: 12. september 2023