มหาวิทยาลัยปักกิ่งได้ดำเนินการผลิตเพอรอฟสไกต์อย่างต่อเนื่องแหล่งกำเนิดเลเซอร์เล็กกว่า 1 ตารางไมครอน
การสร้างแหล่งเลเซอร์ต่อเนื่องที่มีพื้นที่อุปกรณ์น้อยกว่า 1μm2 เป็นสิ่งสำคัญเพื่อตอบสนองความต้องการการใช้พลังงานต่ำของการเชื่อมต่อแบบออปติกบนชิป (<10 fJ bit-1) อย่างไรก็ตาม เมื่อขนาดของอุปกรณ์ลดลง การสูญเสียออปติกและวัสดุจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นการบรรลุขนาดอุปกรณ์ย่อยไมครอนและการปั๊มออปติกอย่างต่อเนื่องของแหล่งเลเซอร์จึงเป็นเรื่องท้าทายอย่างยิ่ง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา วัสดุเพอรอฟสไกต์ฮาไลด์ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในสาขาของเลเซอร์ปั๊มออปติกอย่างต่อเนื่องเนื่องจากค่าขยายออปติกที่สูงและคุณสมบัติโพลาริตันเอกไซตอนที่เป็นเอกลักษณ์ พื้นที่อุปกรณ์ของแหล่งเลเซอร์ต่อเนื่องเพอรอฟสไกต์ที่รายงานจนถึงขณะนี้ยังคงมากกว่า 10μm2 และแหล่งเลเซอร์ย่อยไมครอนทั้งหมดต้องการแสงพัลส์ที่มีความหนาแน่นของพลังงานปั๊มสูงกว่าเพื่อกระตุ้น
เพื่อตอบสนองต่อความท้าทายนี้ กลุ่มวิจัยของจาง ชิง จากคณะวิทยาศาสตร์วัสดุและวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยปักกิ่ง ได้เตรียมวัสดุผลึกเดี่ยวเพอรอฟสไกต์ขนาดเล็กคุณภาพสูงได้สำเร็จ เพื่อให้ได้แหล่งเลเซอร์ปั๊มออปติกต่อเนื่องที่มีพื้นที่อุปกรณ์ต่ำถึง 0.65 ไมโครเมตร2 ในเวลาเดียวกัน โฟตอนก็ถูกเปิดเผย กลไกของโพลาริตอนเอกไซตอนในกระบวนการปั๊มเลเซอร์แบบออปติกต่อเนื่องขนาดเล็กได้รับการทำความเข้าใจอย่างลึกซึ้ง ซึ่งให้แนวคิดใหม่สำหรับการพัฒนาเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เกณฑ์ต่ำขนาดเล็ก ผลการศึกษาที่มีชื่อว่า "Continuous Wave Pumped Perovskite Lasers with Device Area Below 1 ไมโครเมตร2" ได้รับการตีพิมพ์ใน Advanced Materials เมื่อไม่นานนี้
ในงานนี้ แผ่นผลึกเดี่ยว CsPbBr3 ของเพอรอฟสไกต์อนินทรีย์ขนาดไมครอนถูกเตรียมบนพื้นผิวแซฟไฟร์โดยการสะสมไอเคมี พบว่าการจับคู่ที่แน่นหนาของเอกไซตอนของเพอรอฟสไกต์กับโฟตอนไมโครคาวิตี้ของผนังเสียงที่อุณหภูมิห้องส่งผลให้เกิดโพลาริตอนเอกไซตอน จากหลักฐานชุดหนึ่ง เช่น ความเข้มของการปล่อยเชิงเส้นเป็นแบบไม่เชิงเส้น ความกว้างของเส้นที่แคบ การแปลงโพลาไรเซชันของการปล่อย และการแปลงความสอดคล้องเชิงพื้นที่ที่เกณฑ์ เลเซอร์เรืองแสงแบบปั๊มแสงอย่างต่อเนื่องของผลึกเดี่ยว CsPbBr3 ขนาดต่ำกว่าไมครอนได้รับการยืนยัน และพื้นที่อุปกรณ์ต่ำถึง 0.65μm2 ในเวลาเดียวกัน พบว่าเกณฑ์ของแหล่งเลเซอร์ขนาดต่ำกว่าไมครอนนั้นเทียบได้กับแหล่งเลเซอร์ขนาดใหญ่ และอาจต่ำกว่านั้นด้วยซ้ำ (รูปที่ 1)
รูปที่ 1 CsPbBr3 ซับไมครอนที่มีการสูบฉีดแสงอย่างต่อเนื่องแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์
นอกจากนี้ งานนี้ยังสำรวจทั้งในเชิงทดลองและเชิงทฤษฎี และเปิดเผยกลไกของเอกไซตอนโพลาไรซ์เอกไซตอนในการสร้างแหล่งกำเนิดเลเซอร์ต่อเนื่องขนาดเล็กกว่าไมครอน การจับคู่โฟตอน-เอกไซตอนที่เพิ่มขึ้นในเพอรอฟสไกต์ขนาดเล็กกว่าไมครอนส่งผลให้ดัชนีหักเหของกลุ่มเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเป็นประมาณ 80 ซึ่งเพิ่มค่าเกนโหมดเพื่อชดเชยการสูญเสียโหมดได้อย่างมาก นอกจากนี้ยังส่งผลให้แหล่งกำเนิดเลเซอร์ขนาดเล็กกว่าของเพอรอฟสไกต์มีปัจจัยคุณภาพไมโครคาวิตี้ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและเส้นความกว้างของเส้นการปล่อยที่แคบลง (รูปที่ 2) กลไกนี้ยังให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ เกี่ยวกับการพัฒนาเลเซอร์ขนาดเล็กที่มีเกณฑ์ต่ำโดยอาศัยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ
รูปที่ 2 กลไกของแหล่งกำเนิดเลเซอร์ขนาดย่อยไมครอนโดยใช้โพลาริซอนเอกไซโทนิก
Song Jiepeng นักศึกษาคณะวิทยาศาสตร์วัสดุและวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยปักกิ่ง ปี 2020 เป็นผู้เขียนคนแรกของบทความนี้ และมหาวิทยาลัยปักกิ่งเป็นหน่วยงานแรกของบทความนี้ Zhang Qing และ Xiong Qihua ศาสตราจารย์สาขาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยชิงหัว เป็นผู้เขียนที่เกี่ยวข้อง บทความนี้ได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติจีนและมูลนิธิวิทยาศาสตร์ปักกิ่งเพื่อเยาวชนดีเด่น
เวลาโพสต์: 12 ก.ย. 2566