אוניברסיטת פקין מימשה מקור לייזר רציף פרוסקיט קטן ממיקרון מרובע אחד

אוניברסיטת פקין הבינה perovskite מתמשךמקור לייזרקטן ממיקרון מרובע אחד
חשוב לבנות מקור לייזר רציף עם שטח התקן קטן מ-1μm2 כדי לעמוד בדרישת צריכת האנרגיה הנמוכה של חיבור אופטי על-שבב (<10 fJ bit-1). עם זאת, ככל שגודל המכשיר פוחת, הפסדים אופטיים וחומרים גדלים באופן משמעותי, ולכן השגת גודל מכשיר תת-מיקרון ושאיבה אופטית רציפה של מקורות לייזר היא מאתגרת ביותר. בשנים האחרונות זכו חומרי הליד פרוסקיט לתשומת לב רבה בתחום הלייזרים הנשאבים אופטית רציפה בשל הרווח האופטי הגבוה ותכונות הקוטב האקסיטוני הייחודיות שלהם. שטח המכשיר של מקורות לייזר רציף פרוסקיט שדווח עד כה עדיין גדול מ-10μm2, ומקורות לייזר תת-מיקרוניים דורשים כולם אור פועם עם צפיפות אנרגית משאבה גבוהה יותר כדי לעורר.

בתגובה לאתגר זה, קבוצת המחקר של ג'אנג צ'ינג מבית הספר למדעי החומרים והנדסת החומרים של אוניברסיטת פקינג הכינה בהצלחה חומרי גביש בודדים תת-מיקרוניים של פרוסקיט באיכות גבוהה כדי להשיג מקורות לייזר שאיבה אופטית מתמשכת עם שטח מכשיר נמוך כמו 0.65 מיקרומטר. במקביל מתגלה הפוטון. מנגנון הפולאריטון האקציטון בתהליך לייזר אופטי רציף שנשאב תת-מיקרון מובן לעומק, מה שמספק רעיון חדש לפיתוח לייזרים מוליכים למחצה בגודל קטן בגודל קטן. תוצאות המחקר, שכותרתו "Lasers Perovskite שאובים בגל מתמשך עם שטח התקן מתחת ל-1 מיקרומטר" פורסמו לאחרונה ב-Advanced Materials.

בעבודה זו, יריעת מיקרון חד-גבישית CsPbBr3 perovskite אנאורגנית הוכנה על מצע ספיר על ידי שקיעת אדים כימית. נצפה שהצימוד החזק של אקסיטוני פרוסקיט עם פוטונים מיקרו-חלליים של קיר הקול בטמפרטורת החדר הביא להיווצרות פולאריטון אקסיטוני. באמצעות סדרה של עדויות, כגון עוצמת פליטה ליניארית עד לא ליניארית, רוחב קו צר, טרנספורמציה של קיטוב פליטה ושינוי קוהרנטיות מרחבית בסף, מאושרת לייסת הקרינה הנשאבת אופטית של גביש יחיד CsPbBr3 בגודל תת-מיקרון, ושטח המכשיר הוא נמוך עד 0.65 מיקרומטר2. יחד עם זאת, נמצא כי הסף של מקור הלייזר התת-מיקרוני דומה לזה של מקור הלייזר בגודל גדול, ואף יכול להיות נמוך יותר (איור 1).

איור 1. CsPbBr3 תת-מיקרון רציף שאוב אופטימקור אור לייזר

יתר על כן, עבודה זו חוקרת הן בניסוי והן באופן תיאורטי, וחושפת את המנגנון של אקסיטונים מקוטבים באקסיטונים במימוש מקורות לייזר רציפים תת-מיקרוניים. צימוד הפוטון-אקסיטון המוגבר בפרוסקיטים תת-מיקרוניים מביא לעלייה משמעותית במקדם השבירה הקבוצתי לכ-80, מה שמגדיל באופן משמעותי את רווח המצב כדי לפצות על אובדן המצב. זה גם מביא למקור לייזר תת-מיקרוני של פרוסקיט עם גורם איכות מיקרו-חלל יעיל גבוה יותר ורוחב קו פליטה צר יותר (איור 2). המנגנון מספק גם תובנות חדשות לגבי פיתוח לייזרים בעלי סף נמוך בגודל קטן המבוססים על חומרים מוליכים למחצה אחרים.

איור 2. מנגנון של מקור לייזר תת-מיקרוני באמצעות פולריזונים אקציטוניים

Song Jiepeng, סטודנט בז'יבו משנת 2020 מבית הספר למדעי החומרים והנדסת החומרים של אוניברסיטת פקין, הוא המחבר הראשון של המאמר, ואוניברסיטת פקין היא היחידה הראשונה של המאמר. ג'אנג צ'ינג ושיונג צ'יהואה, פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת טסינגואה, הם המחברים המקבילים. העבודה נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין וקרן המדע של בייג'ינג לצעירים מצטיינים.