Pekino universitetas sukūrė perovskito nuolatinio lazerio šaltinį, mažesnį nei 1 kvadratinis mikronas

Pekino universitetas sukūrė perovskito tolydinįlazerio šaltinismažesnis nei 1 kvadratinis mikronas
Svarbu sukonstruoti nepertraukiamo veikimo lazerinį šaltinį, kurio įtaiso plotas būtų mažesnis nei 1 μm2, kad būtų įvykdytas mažo energijos suvartojimo reikalavimas, keliamas lustui būdingam optiniam sujungimui (<10 fJ bit-1). Tačiau mažėjant įtaiso dydžiui, optiniai ir medžiagų nuostoliai žymiai padidėja, todėl pasiekti submikroninį įtaiso dydį ir nuolatinį lazerinių šaltinių optinį kaupinimą yra itin sudėtinga. Pastaraisiais metais halogenidų perovskito medžiagos sulaukė didelio dėmesio nuolatinio optinio kaupinimo lazerių srityje dėl didelio optinio stiprinimo ir unikalių eksitonų polaritonų savybių. Iki šiol aprašytų perovskito nepertraukiamo veikimo lazerinių šaltinių įtaiso plotas vis dar yra didesnis nei 10 μm2, o visiems submikroniniams lazeriniams šaltiniams stimuliuoti reikalinga impulsinė šviesa su didesniu kaupinimo energijos tankiu.

Reaguodama į šį iššūkį, Pekino universiteto Medžiagų mokslo ir inžinerijos mokyklos Zhang Qing tyrimų grupė sėkmingai parengė aukštos kokybės perovskito submikronines monokristalines medžiagas, kad būtų galima gauti nuolatinio optinio kaupinimo lazerio šaltinius, kurių įrenginio plotas yra vos 0,65 μm2. Tuo pačiu metu buvo atskleistas fotonas. Giliai suprastas eksitono polaritono mechanizmas submikroniniame nuolatinio optinio kaupinimo lazerio procese, o tai suteikia naują idėją kurti mažus žemo slenksčio puslaidininkinius lazerius. Tyrimo, pavadinto „Nuolatinės bangos kaupinami perovskito lazeriai, kurių įrenginio plotas mažesnis nei 1 μm2“, rezultatai neseniai buvo paskelbti žurnale „Advanced Materials“.

Šiame darbe cheminio garų nusodinimo būdu ant safyro pagrindo buvo pagamintas neorganinio perovskito CsPbBr3 monokristalo mikronų lakštas. Pastebėta, kad stiprus perovskito eksitonų susijungimas su garso sienelės mikroertmės fotonais kambario temperatūroje lėmė eksitoninio polaritono susidarymą. Remiantis daugybe įrodymų, tokių kaip linijinis į netiesinį emisijos intensyvumą, siauras linijos plotis, emisijos poliarizacijos transformacija ir erdvinės koherencijos transformacija ties slenksčiu, patvirtinama nuolatinė optiškai kaupinama submikrono dydžio CsPbBr3 monokristalo fluorescencinė lazerio spinduliuotė, o įrenginio plotas yra vos 0,65 μm2. Tuo pačiu metu nustatyta, kad submikrono lazerio šaltinio slenkstis yra panašus į didelio dydžio lazerio šaltinio ir gali būti net mažesnis (1 pav.).

1 pav. Nuolat optiškai pumpuojamas submikroninis CsPbBr3lazerio šviesos šaltinis

Be to, šiame darbe tiek eksperimentiškai, tiek teoriškai nagrinėjamas eksitonų poliarizuotų eksitonų mechanizmas realizuojant submikroninius ištisinius lazerinius šaltinius. Patobulinta fotonų ir eksitonų sąveika submikroniniuose perovskituose lemia reikšmingą grupės lūžio rodiklio padidėjimą iki maždaug 80, o tai žymiai padidina modos stiprinimą, kad būtų kompensuoti modos nuostoliai. Tai taip pat lemia perovskito submikroninio lazerio šaltinio didesnį efektyvų mikroertmės kokybės koeficientą ir siauresnį emisijos linijos plotį (2 pav.). Šis mechanizmas taip pat suteikia naujų įžvalgų apie mažų, žemo slenksčio lazerių, pagrįstų kitomis puslaidininkinėmis medžiagomis, kūrimą.

2 pav. Submikroninio lazerio šaltinio, naudojant eksitoninius poliarizonus, mechanizmas

Pirmasis straipsnio autorius yra Song Jiepeng, 2020 m. Zhibo studentas iš Pekino universiteto Medžiagų mokslo ir inžinerijos mokyklos, o pirmasis straipsnio vienetas yra Pekino universitetas. Zhang Qing ir Xiong Qihua, Tsinghua universiteto fizikos profesorius, yra korespondentai. Darbą rėmė Kinijos nacionalinis gamtos mokslų fondas ir Pekino jaunųjų žmonių mokslo fondas.