دانشگاه پکن به یک پروسکایت پیوسته دست یافتمنبع لیزرکوچکتر از ۱ میکرون مربع
ساخت یک منبع لیزر پیوسته با مساحت دستگاه کمتر از 1μm2 برای برآورده کردن نیاز مصرف انرژی پایین اتصال نوری روی تراشه (<10 fJ bit-1) بسیار مهم است. با این حال، با کاهش اندازه دستگاه، تلفات نوری و مادی به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد، بنابراین دستیابی به اندازه دستگاه زیر میکرون و پمپاژ نوری پیوسته منابع لیزر بسیار چالش برانگیز است. در سال‌های اخیر، مواد پروسکایت هالید به دلیل بهره نوری بالا و خواص منحصر به فرد پلاریتون اکسایتون، توجه گسترده‌ای را در زمینه لیزرهای پمپ نوری پیوسته به خود جلب کرده‌اند. مساحت دستگاه منابع لیزر پیوسته پروسکایت که تاکنون گزارش شده‌اند، هنوز بیشتر از 10μm2 است و منابع لیزر زیر میکرون همگی برای تحریک به نور پالسی با چگالی انرژی پمپ بالاتر نیاز دارند.
در پاسخ به این چالش، گروه تحقیقاتی ژانگ چینگ از دانشکده علوم و مهندسی مواد دانشگاه پکن با موفقیت مواد تک بلوری پروسکایت زیرمیکرون با کیفیت بالا را برای دستیابی به منابع لیزر پمپاژ نوری پیوسته با مساحت دستگاهی به کوچکی 0.65 میکرومتر مربع تهیه کردند. همزمان، فوتون آشکار می‌شود. مکانیسم اکسایتون پلاریتون در فرآیند لیزر پمپاژ نوری پیوسته زیرمیکرون عمیقاً درک شده است، که ایده جدیدی را برای توسعه لیزرهای نیمه‌هادی آستانه پایین با اندازه کوچک ارائه می‌دهد. نتایج این مطالعه با عنوان "لیزرهای پروسکایت پمپ شده با موج پیوسته با مساحت دستگاه کمتر از 1 میکرومتر مربع" اخیراً در Advanced Materials منتشر شده است.
در این کار، ورقه تک کریستال میکرونی پروسکایت معدنی CsPbBr3 بر روی زیرلایه یاقوت کبود با روش رسوب بخار شیمیایی تهیه شد. مشاهده شد که جفت شدن قوی اکسایتون‌های پروسکایت با فوتون‌های ریزکاواک دیواره صوتی در دمای اتاق منجر به تشکیل پلاریتون اکسیتونی می‌شود. از طریق مجموعه‌ای از شواهد، مانند شدت انتشار خطی به غیرخطی، پهنای خط باریک، تبدیل قطبش انتشار و تبدیل همدوسی فضایی در آستانه، لیزر فلورسانس پیوسته پمپ شده نوری تک کریستال CsPbBr3 با اندازه زیر میکرون تأیید می‌شود و مساحت دستگاه به کوچکی 0.65μm2 است. در عین حال، مشخص شد که آستانه منبع لیزر زیر میکرونی با منبع لیزر با اندازه بزرگ قابل مقایسه است و حتی می‌تواند کمتر باشد (شکل 1).
شکل 1. CsPbBr3 زیرمیکرون با پمپ نوری پیوستهمنبع نور لیزر
علاوه بر این، این کار هم به صورت تجربی و هم به صورت نظری بررسی می‌کند و مکانیسم اکسیتون‌های قطبی‌شده با اکسیتون را در تحقق منابع لیزر پیوسته زیرمیکرون آشکار می‌سازد. کوپلینگ فوتون-اکسیتون بهبود یافته در پروسکایت‌های زیرمیکرون منجر به افزایش قابل توجه ضریب شکست گروه تا حدود 80 می‌شود که به طور قابل توجهی بهره مد را برای جبران افت مد افزایش می‌دهد. این امر همچنین منجر به یک منبع لیزر زیرمیکرون پروسکایت با ضریب کیفیت میکروکاواک مؤثر بالاتر و پهنای خط انتشار باریک‌تر می‌شود (شکل 2). این مکانیسم همچنین بینش‌های جدیدی در مورد توسعه لیزرهای کوچک و با آستانه پایین مبتنی بر سایر مواد نیمه‌هادی ارائه می‌دهد.
شکل 2. مکانیسم منبع لیزر زیر میکرون با استفاده از قطبش‌های اکسیتونی
سونگ جیپنگ، دانشجوی سال ۲۰۲۰ رشته ژیبو از دانشکده علوم و مهندسی مواد دانشگاه پکن، نویسنده اول این مقاله است و دانشگاه پکن اولین واحد این مقاله است. ژانگ چینگ و شیونگ کیهوا، استاد فیزیک دانشگاه تسینگهوا، نویسندگان مسئول هستند. این کار توسط بنیاد ملی علوم طبیعی چین و بنیاد علمی پکن برای جوانان برجسته پشتیبانی شده است.
زمان ارسال: ۱۲ سپتامبر ۲۰۲۳