Pekingi Ülikool realiseeris perovskiidi pideva struktuurilaserallikasväiksem kui 1 ruutmikron
Kiibil oleva optilise ühenduse madala energiatarbimise nõude (<10 fJ bit-1) täitmiseks on oluline konstrueerida pideva tööga laserallikas, mille seadme pindala on alla 1 μm2. Seadme suuruse vähenedes suurenevad aga optilised ja materjalikaod märkimisväärselt, mistõttu on submikronilise seadme suuruse ja laserallikate pideva optilise pumpamise saavutamine äärmiselt keeruline. Viimastel aastatel on halogeniidperovskiidi materjalid pälvinud pidevalt optiliselt pumbatavate laserite valdkonnas suurt tähelepanu oma suure optilise võimenduse ja ainulaadsete eksitonpolaritoni omaduste tõttu. Seni teatatud perovskiidist pideva tööga 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 kvaliteetseid perovskiidist submikronilisi monokristallilisi materjale, et saavutada pideva optilise pumpamise laserallikaid seadme pindalaga kuni 0,65 μm2. Samal ajal paljastatakse footon. Sügavalt mõistetakse eksitonpolaritoni mehhanismi submikronilises pidevas optiliselt pumpamise laserprotsessis, mis annab uue idee väikeste madala läviväärtusega pooljuhtlaserite arendamiseks. Uuringu pealkirjaga „Pidevlaine pumbatud perovskiidist laserid seadme pindalaga alla 1 μm2“ tulemused avaldati hiljuti ajakirjas Advanced Materials.
Selles töös valmistati keemilise aurustamise teel safiiraluspinnale anorgaanilise perovskiidi CsPbBr3 monokristalli mikronileht. Täheldati, et perovskiidi eksitonide tugev sidumine heliseina mikroõõnsuse footonitega toatemperatuuril viis eksitoonilise polaritoni moodustumiseni. Mitmete tõendite abil, nagu lineaarsest mittelineaarseks muutumine emissiooni intensiivsusest, kitsas joone laius, emissioonipolarisatsiooni transformatsioon ja ruumilise koherentsuse transformatsioon lävel, kinnitati submikronisuuruse CsPbBr3 monokristalli pidevat optiliselt pumbatavat fluorestsentslaasi ning seadme pindala on vaid 0,65 μm2. Samal ajal leiti, et submikronisuuruse laserallika lävi on võrreldav suuremõõtmelise laserallika omaga ja võib isegi olla madalam (joonis 1).
Joonis 1. Pidevalt optiliselt pumbatav submikroniline CsPbBr3laservalgusallikas
Lisaks uurib see töö nii eksperimentaalselt kui ka teoreetiliselt ning paljastab eksiton-polariseeritud eksitonide mehhanismi submikroniliste pidevate laserallikate realiseerimisel. Täiustatud footon-eksiton sidestus submikronilistes perovskiitides põhjustab grupi murdumisnäitaja märkimisväärse suurenemise umbes 80-ni, mis suurendab oluliselt moodi võimendust, et kompenseerida moodi kadu. Selle tulemuseks on ka perovskiidi submikroniline laserallikas, millel on kõrgem efektiivne mikroõõnsuse kvaliteeditegur ja kitsam emissioonijoone laius (joonis 2). See mehhanism annab ka uusi teadmisi teiste pooljuhtmaterjalide baasil valmistatud väikeste ja madala läviväärtusega laserite arendamiseks.
Joonis 2. Submikronilise laserallika mehhanism eksitoonsete polarisoonide abil
Artikli esimene autor on Song Jiepeng, Pekingi ülikooli materjaliteaduse ja inseneriteaduskonna 2020. aasta Zhibo tudeng, ning Pekingi ülikool on artikli esimene üksus. Vastavad autorid on Zhang Qing ja Tsinghua ülikooli füüsikaprofessor Xiong Qihua. Tööd toetasid Hiina riiklik loodusteaduste fond ja Pekingi silmapaistvate noorte teadusfond.
Postituse aeg: 12. september 2023