Пекінскі ўніверсітэт рэалізаваў пероўскітны бесперапыннылазерная крыніцаменш за 1 квадратны мікрон
Важна стварыць крыніцу бесперапыннага лазера з плошчай прылады менш за 1 мкм2, каб задаволіць патрабаванні нізкага спажывання энергіі для аптычных узаемасувязяў на чыпе (<10 фДж біт-1). Аднак па меры памяншэння памеру прылады аптычныя і матэрыяльныя страты значна павялічваюцца, таму дасягненне субмікроннага памеру прылады і бесперапыннай аптычнай накачкі лазерных крыніц з'яўляецца надзвычай складанай задачай. У апошнія гады галагенідныя пероўскітныя матэрыялы прыцягнулі вялікую ўвагу ў галіне лазераў з бесперапыннай аптычнай накачкай дзякуючы іх высокаму аптычнаму ўзмацненню і унікальным уласцівасцям эксітон-палярытонаў. Плошча прылады пероўскітных крыніц бесперапыннага лазера, пра якую паведамлялася да гэтага часу, усё яшчэ перавышае 10 мкм2, і ўсе субмікронныя лазерныя крыніцы патрабуюць імпульснага святла з больш высокай шчыльнасцю энергіі накачкі для стымуляцыі.
У адказ на гэтую задачу даследчая група Чжана Цына са Школы матэрыялазнаўства і інжынерыі Пекінскага ўніверсітэта паспяхова падрыхтавала высакаякасныя субмікронныя монакрышталічныя матэрыялы на аснове пераўскіту для атрымання лазерных крыніц з бесперапыннай аптычнай накачкай з плошчай прылады ўсяго 0,65 мкм2. Адначасова быў выяўлены фатон. Механізм эксітонных палярытонаў у працэсе субмікроннай лазернай генерацыі з бесперапыннай аптычнай накачкай глыбока вывучаны, што дае новую ідэю для распрацоўкі нізкапарогавых паўправадніковых лазераў малога памеру. Вынікі даследавання пад назвай «Пераўскітныя лазеры з бесперапыннай накачкай і плошчай прылады менш за 1 мкм2» былі нядаўна апублікаваныя ў часопісе Advanced Materials.
У гэтай працы неарганічны монакрышталічны ліст пераўскіту CsPbBr3 з мікраннай структурай быў падрыхтаваны на сапфіравай падкладцы метадам хімічнага асаджэння з паравой фазы. Было заўважана, што моцная сувязь эксітонаў пераўскіту з фатонамі мікрарэзанатора гукавой сценкі пры пакаёвай тэмпературы прывяла да ўтварэння эксітонных палярытонаў. Дзякуючы шэрагу доказаў, такіх як інтэнсіўнасць выпраменьвання ад лінейнай да нелінейнай, вузкая шырыня лініі, трансфармацыя палярызацыі выпраменьвання і трансфармацыя прасторавай кагерэнтнасці на парозе, пацверджана бесперапынная аптычна накачканая флуарэсцэнтная лазерная генерацыя монакрышталя CsPbBr3 субмікроннага памеру, а плошча прылады складае ўсяго 0,65 мкм2. У той жа час было ўстаноўлена, што парог субмікроннай лазернай крыніцы параўнальны з парогам лазернай крыніцы вялікага памеру і можа быць нават ніжэйшым (Малюнак 1).
Малюнак 1. Бесперапынны аптычна накачаны субмікронны CsPbBr3крыніца лазернага святла
Акрамя таго, у гэтай працы даследуецца як эксперыментальна, так і тэарэтычна механізм эксітонна-палярызаваных эксітонаў пры рэалізацыі субмікронных лазерных крыніц бесперапыннага выпраменьвання. Палепшаная фатон-эксітонная сувязь у субмікронных пероўскітах прыводзіць да значнага павелічэння групавога паказчыка праламлення прыкладна да 80, што істотна павялічвае каэфіцыент узмацнення моды, каб кампенсаваць страту моды. Гэта таксама прыводзіць да субмікроннай лазернай крыніцы на аснове пероўскітаў з больш высокім эфектыўным каэфіцыентам якасці мікрарэзанатара і меншай шырынёй лініі выпраменьвання (малюнак 2). Механізм таксама дае новае разуменне распрацоўкі малапамерных лазераў з нізкім парогам на аснове іншых паўправадніковых матэрыялаў.
Малюнак 2. Механізм субмікроннай лазернай крыніцы з выкарыстаннем эксітонных палярызонаў
Сун Цзепэн, студэнт 2020 года факультэта матэрыялазнаўства і інжынерыі Пекінскага ўніверсітэта, з'яўляецца першым аўтарам артыкула, а Пекінскі ўніверсітэт — першым падраздзяленнем, на якім грунтуецца артыкул. Чжан Цын і Сюн Ціхуа, прафесар фізікі Універсітэта Цінхуа, з'яўляюцца адпаведнымі аўтарамі. Праца была падтрымана Нацыянальным фондам прыродазнаўчых навук Кітая і Пекінскім навуковым фондам для выдатных маладых людзей.
Час публікацыі: 12 верасня 2023 г.