Pekin Üniversitesi, sürekli bir perovskit yapısı geliştirdi.lazer kaynağı1 mikron kareden daha küçük
Çip üstü optik ara bağlantının düşük enerji tüketimi gereksinimini (<10 fJ bit-1) karşılamak için 1 μm2'den daha küçük bir cihaz alanına sahip sürekli bir lazer kaynağı oluşturmak önemlidir. Bununla birlikte, cihaz boyutu küçüldükçe optik ve malzeme kayıpları önemli ölçüde artar, bu nedenle mikron altı cihaz boyutuna ulaşmak ve lazer kaynaklarının sürekli optik pompalanmasını sağlamak son derece zordur. Son yıllarda, halojenür perovskit malzemeler, yüksek optik kazançları ve benzersiz eksiton polariton özellikleri nedeniyle sürekli optik olarak pompalanan lazerler alanında geniş ilgi görmüştür. Şimdiye kadar bildirilen perovskit sürekli lazer kaynaklarının cihaz alanı hala 10 μm2'den büyüktür ve mikron altı lazer kaynaklarının tümü, uyarmak için daha yüksek pompa enerji yoğunluğuna sahip darbeli ışık gerektirir.
Bu zorluğa yanıt olarak, Pekin Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Fakültesi'nden Zhang Qing'in araştırma grubu, cihaz alanı 0,65 μm² kadar düşük olan sürekli optik pompalama lazer kaynakları elde etmek için yüksek kaliteli perovskit alt mikron tek kristal malzemeleri başarıyla hazırladı. Aynı zamanda, alt mikron sürekli optik pompalama lazerleme sürecinde eksiton polariton mekanizması derinlemesine anlaşıldı ve bu da küçük boyutlu düşük eşik değerli yarı iletken lazerlerin geliştirilmesi için yeni bir fikir sağladı. "Cihaz Alanı 1 μm²'nin Altında Olan Sürekli Dalga Pompalamalı Perovskit Lazerler" başlıklı çalışmanın sonuçları yakın zamanda Advanced Materials dergisinde yayınlandı.
Bu çalışmada, inorganik perovskit CsPbBr3 tek kristal mikron levha, kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle safir alt tabaka üzerine hazırlandı. Oda sıcaklığında perovskit eksitonlarının ses duvarı mikro boşluk fotonlarıyla güçlü bir şekilde eşleşmesinin, eksitonik polariton oluşumuna yol açtığı gözlemlendi. Doğrusal-doğrusal olmayan emisyon yoğunluğu, dar çizgi genişliği, emisyon polarizasyon dönüşümü ve eşikteki uzamsal tutarlılık dönüşümü gibi bir dizi kanıt aracılığıyla, alt mikron boyutlu CsPbBr3 tek kristalinin sürekli optik olarak pompalanmış floresan lazeri doğrulandı ve cihaz alanı 0,65 μm² kadar düşüktü. Aynı zamanda, alt mikron lazer kaynağının eşiğinin büyük boyutlu lazer kaynağınınkiyle karşılaştırılabilir olduğu ve hatta daha düşük olabileceği bulundu (Şekil 1).
Şekil 1. Sürekli optik olarak pompalanmış alt mikron boyutlu CsPbBr3lazer ışık kaynağı
Ayrıca, bu çalışma hem deneysel hem de teorik olarak eksiton polarize eksitonların, mikron altı sürekli lazer kaynaklarının gerçekleştirilmesindeki mekanizmasını araştırıyor ve ortaya koyuyor. Mikron altı perovskitlerdeki gelişmiş foton-eksiton eşleşmesi, grup kırılma indeksinde yaklaşık 80'e kadar önemli bir artışa neden olur; bu da mod kaybını telafi etmek için mod kazancını önemli ölçüde artırır. Bu aynı zamanda daha yüksek etkili mikro boşluk kalite faktörüne ve daha dar emisyon çizgi genişliğine sahip bir perovskit mikron altı lazer kaynağıyla sonuçlanır (Şekil 2). Mekanizma ayrıca, diğer yarı iletken malzemelere dayalı küçük boyutlu, düşük eşikli lazerlerin geliştirilmesine ilişkin yeni bilgiler de sağlar.
Şekil 2. Eksitonik polarizonlar kullanılarak üretilen alt mikron lazer kaynağının mekanizması
Pekin Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Fakültesi'nden 2020 Zhibo öğrencisi Song Jiepeng, makalenin ilk yazarıdır 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 Genç Bilim İnsanları Vakfı tarafından desteklenmiştir.
Yayın tarihi: 12 Eylül 2023