L'Université de Pékin a réalisé une pérovskite continuesource laserplus petit que 1 micron carré
Il est important de construire une source laser continue avec une surface de dispositif inférieure à 1 μm² afin de répondre aux exigences de faible consommation énergétique des interconnexions optiques sur puce (< 10 fJ bit-1). Cependant, à mesure que la taille du dispositif diminue, les pertes optiques et matérielles augmentent considérablement, ce qui rend extrêmement difficile l'obtention d'une taille de dispositif submicronique et le pompage optique continu des sources laser. Ces dernières années, les matériaux pérovskites halogénés ont fait l'objet d'une attention particulière dans le domaine des lasers à pompage optique continu en raison de leur gain optique élevé et de leurs propriétés uniques de polariton d'exciton. La surface de dispositif des sources laser continues pérovskites signalées jusqu'à présent reste supérieure à 10 μm², et les sources laser submicroniques nécessitent toutes une lumière pulsée avec une densité d'énergie de pompage plus élevée pour être stimulées.
Pour relever ce défi, l'équipe de recherche de Zhang Qing, de l'École des sciences et de l'ingénierie des matériaux de l'Université de Pékin, a préparé avec succès des matériaux monocristallins pérovskites submicroniques de haute qualité afin de réaliser des sources laser à pompage optique continu avec une surface de dispositif inférieure à 0,65 μm². Parallèlement, le photon est révélé. Le mécanisme de polariton d'exciton dans le processus de pompage optique continu submicronique est parfaitement compris, ce qui ouvre une nouvelle voie pour le développement de lasers semi-conducteurs à faible seuil et de petite taille. Les résultats de l'étude, intitulée « Lasers pérovskites à pompage optique continu avec une surface de dispositif inférieure à 1 μm² », ont été récemment publiés dans Advanced Materials.
Dans ce travail, la feuille micronique de monocristal de pérovskite inorganique CsPbBr3 a été préparée sur un substrat de saphir par dépôt chimique en phase vapeur. Il a été observé que le fort couplage des excitons de la pérovskite avec les photons de la microcavité de la paroi sonore à température ambiante entraînait la formation d'un polariton excitonique. Grâce à une série de preuves, telles que l'intensité d'émission linéaire à non linéaire, la largeur de raie étroite, la transformation de polarisation d'émission et la transformation de cohérence spatiale au seuil, le laser de fluorescence à pompage optique continu du monocristal de CsPbBr3 de taille submicronique est confirmé, et la surface du dispositif est aussi faible que 0,65 μm². Dans le même temps, il a été constaté que le seuil de la source laser submicronique est comparable à celui de la source laser de grande taille, et peut même être inférieur (Figure 1).
Figure 1. CsPbBr3 submicronique pompé optiquement en continusource de lumière laser
De plus, ces travaux explorent, tant expérimentalement que théoriquement, et révèlent le mécanisme des excitons polarisés par excitons dans la réalisation de sources laser continues submicroniques. Le couplage photon-exciton amélioré dans les pérovskites submicroniques entraîne une augmentation significative de l'indice de réfraction du groupe à environ 80, ce qui augmente considérablement le gain de mode pour compenser la perte de mode. Il en résulte également une source laser submicronique à pérovskites avec un facteur de qualité de microcavité effectif plus élevé et une largeur de raie d'émission plus étroite (Figure 2). Ce mécanisme apporte également de nouvelles perspectives pour le développement de lasers de petite taille et à bas seuil basés sur d'autres matériaux semi-conducteurs.
Figure 2. Mécanisme d'une source laser submicronique utilisant des polarisations excitoniques
Song Jiepeng, étudiant Zhibo de la promotion 2020 de l'École des sciences et de l'ingénierie des matériaux de l'Université de Pékin, est le premier auteur de l'article, et l'Université de Pékin en est la première unité. Zhang Qing et Xiong Qihua, professeur de physique à l'Université Tsinghua, en sont les auteurs correspondants. Ce travail a été soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine et la Fondation scientifique de Pékin pour les jeunes talents.
Date de publication : 12 septembre 2023