دانشگاه پکن یک منبع لیزر پیوسته پروسکایت کوچکتر از 1 میکرون مربع را کشف کرد

دانشگاه پکن متوجه پروسکایت پیوسته شدمنبع لیزرکوچکتر از 1 میکرون مربع
ساخت یک منبع لیزری پیوسته با مساحت دستگاه کمتر از 1μm2 برای برآوردن نیاز مصرف انرژی پایین اتصال نوری روی تراشه (<10 fJ bit-1) مهم است. با این حال، با کاهش اندازه دستگاه، تلفات نوری و مواد به طور قابل توجهی افزایش می یابد، بنابراین دستیابی به اندازه دستگاه زیر میکرون و پمپاژ نوری مداوم منابع لیزر بسیار چالش برانگیز است. در سال های اخیر، مواد هالید پروسکایت به دلیل بهره نوری بالا و خواص منحصر به فرد پلاریتون اکسایتون، توجه گسترده ای را در زمینه لیزرهای پمپ نوری پیوسته به خود جلب کرده اند. مساحت دستگاه منابع لیزر پیوسته پروسکایتی که تاکنون گزارش شده است 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 Zhang Qing از دانشکده علوم و مهندسی مواد دانشگاه پکن با موفقیت مواد تک بلوری پروسکایت زیر میکرون با کیفیت بالا را برای دستیابی به منابع لیزری پمپاژ نوری پیوسته با مساحت دستگاه تا 0.65 میکرومتر مربع آماده کرد. در همان زمان، فوتون آشکار می شود. مکانیسم پلاریتون اکسایتون در فرآیند لیزر لیزری پمپ شده نوری پیوسته زیر میکرونی عمیقاً درک شده است، که ایده جدیدی برای توسعه لیزرهای نیمه هادی آستانه کم اندازه کوچک ارائه می دهد. نتایج این مطالعه با عنوان "لیزرهای پروسکایت پمپ شده با امواج مداوم با مساحت دستگاه زیر 1 میکرومتر مربع" اخیراً در Advanced Materials منتشر شده است.

در این کار، ورق میکرون تک کریستال پروسکایت CsPbBr3 بر روی بستر یاقوت کبود با رسوب شیمیایی بخار تهیه شد. مشاهده شد که جفت شدن قوی اکسیتون های پروسکایت با فوتون های ریزحفره دیوار صوتی در دمای اتاق منجر به تشکیل پلاریتون اکسیتونیک شد. از طریق یک سری شواهد، مانند شدت گسیل خطی به غیرخطی، عرض خط باریک، تبدیل قطبش انتشار و تبدیل انسجام فضایی در آستانه، لیزر فلورسانس پمپ شده نوری پیوسته تک کریستال CsPbBr3 با اندازه زیر میکرون تایید شده است، و ناحیه دستگاه کمتر از 0.65μm2 است. در همان زمان، مشخص شد که آستانه منبع لیزر زیر میکرونی با منبع لیزری با اندازه بزرگ قابل مقایسه است و حتی می تواند کمتر باشد (شکل 1).

شکل 1. CsPbBr3 زیر میکرون پمپاژ نوری پیوستهمنبع نور لیزر

علاوه بر این، این کار هم به صورت تجربی و هم از نظر تئوری بررسی می‌کند و مکانیسم اکسایتون‌های قطبی شده با اکسایتون را در تحقق منابع لیزر پیوسته زیر میکرون نشان می‌دهد. جفت‌شدگی فوتون-اکسایتون در پروسکایت‌های زیر میکرونی منجر به افزایش قابل‌توجهی در ضریب شکست گروهی به حدود 80 می‌شود، که به طور قابل‌توجهی افزایش مد را برای جبران افت مد افزایش می‌دهد. این همچنین منجر به یک منبع لیزر زیر میکرون پروسکایت با ضریب کیفیت ریزحفره موثر بالاتر و پهنای خط انتشار باریک تر می شود (شکل 2). این مکانیسم همچنین بینش جدیدی در مورد توسعه لیزرهای با اندازه کوچک و آستانه پایین بر اساس سایر مواد نیمه هادی ارائه می دهد.

شکل 2. مکانیسم منبع لیزر زیر میکرون با استفاده از قطبش اکسیتونیک

سونگ جیپنگ، دانشجوی 2020 ژیبو از دانشکده علوم و مهندسی مواد دانشگاه پکن، اولین نویسنده مقاله است و دانشگاه پکن اولین واحد مقاله است. ژانگ چینگ و شیونگ کیهوا، استاد فیزیک در دانشگاه تسینگ‌هوا، نویسندگان مربوطه هستند. این کار توسط بنیاد ملی علوم طبیعی چین و بنیاد علمی پکن برای جوانان برجسته حمایت شد.