L'Università di Pechino ha realizzato un continuo di perovskitesorgente laserinferiore a 1 micron quadrato
È importante costruire una sorgente laser continua con un'area del dispositivo inferiore a 1μm2 per soddisfare i requisiti di basso consumo energetico dell'interconnessione ottica su chip (<10 fJ bit-1).Tuttavia, man mano che le dimensioni del dispositivo diminuiscono, le perdite ottiche e di materiale aumentano in modo significativo, quindi ottenere dimensioni del dispositivo inferiori al micron e il pompaggio ottico continuo delle sorgenti laser è estremamente impegnativo.Negli ultimi anni, i materiali a base di perovskite agli alogenuri hanno ricevuto ampia attenzione nel campo dei laser continui pompati otticamente grazie al loro elevato guadagno ottico e alle proprietà uniche dei polaritoni eccitonici.L’area del dispositivo delle sorgenti laser continue di perovskite segnalate finora è ancora maggiore di 10μm2 e le sorgenti laser submicroniche richiedono tutte luce pulsata con una maggiore densità di energia della pompa per essere stimolate.
In risposta a questa sfida, il gruppo di ricerca di Zhang Qing della Scuola di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell’Università di Pechino ha preparato con successo materiali monocristallini di perovskite submicronica di alta qualità per ottenere sorgenti laser a pompaggio ottico continuo con un’area del dispositivo di soli 0,65μm2.Allo stesso tempo, il fotone viene rivelato.Il meccanismo del polaritone dell'eccitone nel processo laser continuo pompato otticamente submicronico è profondamente compreso, il che fornisce una nuova idea per lo sviluppo di laser a semiconduttore a bassa soglia di piccole dimensioni.I risultati dello studio, intitolato “Laser a perovskite pompati a onda continua con area del dispositivo inferiore a 1 μm2”, sono stati recentemente pubblicati su Advanced Materials.
In questo lavoro, il foglio micrometrico di perovskite inorganica CsPbBr3 è stato preparato su substrato di zaffiro mediante deposizione chimica da vapore.È stato osservato che il forte accoppiamento degli eccitoni della perovskite con i fotoni della microcavità della parete sonora a temperatura ambiente ha portato alla formazione di polaritoni eccitonici.Attraverso una serie di prove, come l'intensità dell'emissione da lineare a non lineare, la larghezza della linea stretta, la trasformazione della polarizzazione dell'emissione e la trasformazione della coerenza spaziale alla soglia, viene confermata la fluorescenza continua pompata otticamente del singolo cristallo CsPbBr3 di dimensioni inferiori al micron e l'area del dispositivo è pari a 0,65μm2.Allo stesso tempo, si è scoperto che la soglia della sorgente laser submicronica è paragonabile a quella della sorgente laser di grandi dimensioni e può anche essere inferiore (Figura 1).
Figura 1. CsPbBr3 submicronico continuo pompato otticamentesorgente luminosa laser
Inoltre, questo lavoro esplora sia sperimentalmente che teoricamente e rivela il meccanismo degli eccitoni polarizzati dagli eccitoni nella realizzazione di sorgenti laser continue submicroniche.L'accoppiamento fotone-eccitone potenziato nelle perovskiti submicroniche si traduce in un aumento significativo dell'indice di rifrazione del gruppo fino a circa 80, che aumenta sostanzialmente il guadagno modale per compensare la perdita modale.Ciò si traduce anche in una sorgente laser di perovskite submicronica con un fattore di qualità della microcavità efficace più elevato e una larghezza di linea di emissione più ristretta (Figura 2).Il meccanismo fornisce inoltre nuove informazioni sullo sviluppo di laser di piccole dimensioni e a bassa soglia basati su altri materiali semiconduttori.
Figura 2. Meccanismo della sorgente laser submicronica che utilizza polarizoni eccitoniche
Song Jiepeng, una studentessa Zhibo 2020 della Scuola di Scienza dei Materiali e Ingegneria dell'Università di Pechino, è il primo autore dell'articolo e l'Università di Pechino è la prima unità dell'articolo.Zhang Qing e Xiong Qihua, professore di fisica all'Università di Tsinghua, sono gli autori corrispondenti.Il lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China e dalla Beijing Science Foundation for Outstanding Young People.
Orario di pubblicazione: 12 settembre 2023