حققت جامعة بكين مصدر ليزر بيروفسكايت مستمر أصغر من 1 ميكرون مربع

أدركت جامعة بكين البيروفسكايت المستمرمصدر الليزرأصغر من 1 ميكرون مربع
من المهم إنشاء مصدر ليزر مستمر بمساحة جهاز أقل من 1 ميكرومتر مربع لتلبية متطلبات استهلاك الطاقة المنخفضة للتوصيل البيني البصري على الرقاقة (<10 fJ bit-1). ومع ذلك، مع انخفاض حجم الجهاز، تزداد الخسائر البصرية والمواد بشكل كبير، لذا فإن تحقيق حجم جهاز دون الميكرون والضخ البصري المستمر لمصادر الليزر يعد أمرًا صعبًا للغاية. في السنوات الأخيرة، حظيت مواد هاليد البيروفسكايت باهتمام واسع في مجال أشعة الليزر ذات الضخ البصري المستمر نظرًا لاكتسابها البصري العالي وخصائص إكسيتون بولاريتون الفريدة. لا تزال مساحة جهاز مصادر الليزر المستمر البيروفسكايت التي تم الإبلاغ عنها حتى الآن أكبر من 10 ميكرومتر مربع، وتتطلب جميع مصادر الليزر دون الميكرون ضوءًا نابضًا بكثافة طاقة مضخة أعلى لتحفيزها.

استجابة لهذا التحدي، نجح فريق البحث التابع لـ Zhang Qing من كلية علوم وهندسة المواد بجامعة بكين في إعداد مواد بلورية مفردة عالية الجودة من البيروفسكايت تحت الميكرون لتحقيق مصادر ليزر ضخ بصري مستمر بمساحة جهاز منخفضة تصل إلى 0.65 ميكرومتر مربع. وفي الوقت نفسه، يتم الكشف عن الفوتون. إن آلية بولاريتون إكسيتون في عملية الليزر المستمرة التي يتم ضخها بصريًا دون الميكرون مفهومة بعمق، مما يوفر فكرة جديدة لتطوير ليزر أشباه الموصلات صغير الحجم منخفض العتبة. تم نشر نتائج الدراسة التي تحمل عنوان "ليزر البيروفسكايت الذي يتم ضخه بموجة مستمرة بمساحة جهاز أقل من 1 ميكرومتر مربع" مؤخرًا في مجلة Advanced Materials.

في هذا العمل، تم تحضير صفيحة ميكرون أحادية البلورة من البيروفسكايت CsPbBr3 على ركيزة من الياقوت عن طريق ترسيب البخار الكيميائي. وقد لوحظ أن الاقتران القوي لإكسيتونات البيروفسكايت مع فوتونات التجويف الدقيق لجدار الصوت في درجة حرارة الغرفة أدى إلى تكوين بولاريتون مثير. من خلال سلسلة من الأدلة، مثل كثافة الانبعاث الخطي إلى غير الخطي، وعرض الخط الضيق، وتحويل استقطاب الانبعاث، وتحويل التماسك المكاني عند العتبة، تم تأكيد الليزر الفلوري المستمر الذي يتم ضخه بصريًا لبلورة مفردة CsPbBr3 بحجم دون الميكرون، ومنطقة الجهاز يصل إلى 0.65μm2. وفي الوقت نفسه، وجد أن عتبة مصدر الليزر دون الميكرون مماثلة لتلك الخاصة بمصدر الليزر كبير الحجم، ويمكن أن تكون أقل (الشكل 1).

الشكل 1. المستمر دون الميكرون الذي يتم ضخه بصريًا CsPbBr3مصدر ضوء الليزر

علاوة على ذلك، يستكشف هذا العمل تجريبيًا ونظريًا، ويكشف عن آلية الإكسيتونات المستقطبة في تحقيق مصادر الليزر المستمرة دون الميكرون. يؤدي اقتران الفوتون والإكسيتون المعزز في البيروفسكايت دون الميكرون إلى زيادة كبيرة في مؤشر انكسار المجموعة إلى حوالي 80، مما يزيد بشكل كبير من كسب الوضع للتعويض عن فقدان الوضع. وينتج عن هذا أيضًا مصدر ليزر بيروفسكايت دون الميكرون مع عامل جودة تجويف صغير فعال أعلى وعرض خط انبعاث أضيق (الشكل 2). توفر الآلية أيضًا رؤى جديدة حول تطوير أجهزة ليزر صغيرة الحجم ومنخفضة العتبة تعتمد على مواد أشباه الموصلات الأخرى.

الشكل 2. آلية مصدر الليزر دون الميكرون باستخدام الاستقطابات المثيرة

سونغ جيبنغ، طالب تشيبو لعام 2020 من كلية علوم وهندسة المواد بجامعة بكين، هو المؤلف الأول للورقة، وجامعة بكين هي الوحدة الأولى للورقة. تشانغ تشينغ وشيونغ كيهوا، أستاذ الفيزياء في جامعة تسينغهوا، هما المؤلفان المقابلان. تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين ومؤسسة بكين للعلوم للشباب المتفوقين.