Pekin Üniversitesi, perovskit sürekliliğini gerçekleştirdilazer kaynağı1 mikron kareden daha küçük
Yonga üstü optik bağlantının (<10 fJ bit-1) düşük enerji tüketimi gereksinimini karşılamak için, 1 μm2'den daha küçük bir cihaz alanına sahip sürekli bir lazer kaynağı oluşturmak önemlidir. Ancak, cihaz boyutu küçüldükçe optik ve malzeme kayıpları önemli ölçüde arttığından, mikron altı cihaz boyutuna ulaşmak ve lazer kaynaklarının sürekli optik pompalamasını sağlamak son derece zordur. Son yıllarda, yüksek optik kazançları ve benzersiz eksiton polariton özellikleri nedeniyle, halojenür perovskit malzemeler sürekli optik pompalı lazerler alanında yoğun ilgi görmüştür. Şimdiye kadar bildirilen perovskit sürekli lazer kaynaklarının cihaz alanı hala 10 μm2'den büyüktür ve tüm mikron altı lazer kaynakları, uyarmak için daha yüksek pompa enerjisi yoğunluğuna sahip darbeli ışık gerektirir.
Bu zorluğun üstesinden gelmek için Pekin Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Fakültesi'nden Zhang Qing'in araştırma grubu, 0,65 μm2 kadar düşük bir cihaz alanına sahip sürekli optik pompalama lazer kaynakları elde etmek üzere yüksek kaliteli perovskit alt mikron tek kristal malzemeleri başarıyla hazırladı. Aynı zamanda foton da açığa çıkarıldı. Alt mikron sürekli optik pompalama lazer işleminde eksiton polariton mekanizması derinlemesine anlaşılmış olup, bu da küçük boyutlu, düşük eşikli yarı iletken lazerlerin geliştirilmesi için yeni bir fikir sunmaktadır. "1 μm2'nin Altında Cihaz Alanına Sahip Sürekli Dalga Pompalı Perovskit Lazerler" başlıklı çalışmanın sonuçları yakın zamanda Advanced Materials dergisinde yayınlandı.
Bu çalışmada, safir alttaş üzerine kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle inorganik perovskit CsPbBr3 tek kristal mikron tabakası hazırlanmıştır. Perovskit eksitonlarının oda sıcaklığında ses duvarı mikroboşluk fotonlarıyla güçlü bir şekilde birleşmesinin eksitonik polariton oluşumuyla sonuçlandığı gözlemlenmiştir. Doğrusaldan doğrusal olmayan emisyon yoğunluğu, dar çizgi genişliği, emisyon polarizasyon dönüşümü ve eşikteki uzaysal koherans dönüşümü gibi bir dizi kanıt aracılığıyla, alt mikron boyutlu CsPbBr3 tek kristalinin sürekli optik pompalı floresan lazeri doğrulanmış ve cihaz alanı 0,65 μm2 kadar düşük olmuştur. Aynı zamanda, alt mikron lazer kaynağının eşik değerinin büyük boyutlu lazer kaynağınınkine benzer olduğu, hatta daha düşük olabileceği bulunmuştur (Şekil 1).
Şekil 1. Sürekli optik olarak pompalanan alt mikron CsPbBr3lazer ışık kaynağı
Ayrıca, bu çalışma hem deneysel hem de teorik olarak araştırmakta ve mikron altı sürekli lazer kaynaklarının gerçekleştirilmesinde eksiton-polarize eksitonların mekanizmasını ortaya koymaktadır. Mikron altı perovskitlerde geliştirilmiş foton-eksiton kuplajı, grup kırılma indisinde yaklaşık 80'e varan önemli bir artışa neden olur ve bu da mod kaybını telafi etmek için mod kazanımını önemli ölçüde artırır. Bu aynı zamanda, daha yüksek etkili mikro boşluk kalite faktörüne ve daha dar emisyon hattı genişliğine sahip bir perovskit mikron altı lazer kaynağıyla sonuçlanır (Şekil 2). Bu mekanizma ayrıca, diğer yarı iletken malzemelere dayalı küçük boyutlu, düşük eşikli lazerlerin geliştirilmesine yeni bakış açıları sağlar.
Şekil 2. Eksitonik polarizonlar kullanan alt mikron lazer kaynağının mekanizması
Pekin Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Fakültesi'nden 2020 Zhibo öğrencisi Song Jiepeng, makalenin ilk yazarı ve Pekin Üniversitesi, makalenin ilk birimidir. Zhang Qing ve Tsinghua Üniversitesi Fizik Profesörü Xiong Qihua, ilgili yazarlardır. Çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı ve Pekin Üstün Gençler Bilim Vakfı tarafından desteklenmiştir.
Gönderim zamanı: 12 Eylül 2023