Son zamanlarda Doğa Çalışma, bilim adamları, on yılı aşkın bir süredir sahada devam eden bir zorluğa değinerek çift boşluk tasarımı kullanarak elektrikle çalışan bir perovskit lazeri gösterdiler.
Zhejiang Üniversitesi’nden bir ekip tarafından geliştirilen çift boşluklu lazer cihazı, bir lazer eşiği, en son teknoloji ürünü elektrikle çalışan organik lazerlerden daha düşük bir büyüklük sırası gösterir ve hızlı modülasyon yeteneklerine sahip üstün operasyonel stabilite sunar.
CEİD, araştırma ekibiyle çalışmaları hakkında konuştu.
Zhejiang Üniversitesi araştırma görevlisi ve çalışmanın ilk yazarı Chen Zou, “Elektrikle çalışan perovskit lazerleri gerçekleştirme, birçok araştırmacı tarafından perovskit optoelektronik alanındaki en büyük zorluk olarak görülüyor.” Dedi. “Perovskit LED’leri ve lazerler üzerinde aktif olarak çalışan bir araştırma grubu olarak, bu büyük zorluğun üstesinden gelmek için çok heyecanlıyız.”
Kalıcı meydan okuma
Perovskite yarı iletkenleri, yüksek kazanç katsayıları, uzun taşıyıcı yaşamları ve ayarlanabilir emisyon dalga boyları nedeniyle lazer uygulamaları için olağanüstü malzemeler olarak ortaya çıkmıştır.
Bu malzemeler optik pompalama altında (harici bir lazerin perovskiti heyecanlandırdığı yerlerde) etkileyici lazing performansı göstermesine rağmen, elektrikle tahrikli lazing zor kaldı.
Zhejiang Üniversitesi Doçent ve Ortak Yetkili Baodan Zhao, “Çözüm işlenen perovskitler, düşük maliyet, diğer malzemelerle entegrasyon kolaylığı, spektrum ayarlanabilirliği ve düşük optik olarak pompalanan lazing eşikleri gibi avantajlar sunuyor.”
“Bununla birlikte, bu optik güdümlü perovskit lazerleri, dış ışık kaynaklarının çalışmasını gerektirir ve yararlılıklarını önemli ölçüde sınırlar.”
Zorluk, hem malzeme hem de cihaz seviyelerinde temel engellerin üstesinden gelmek için yatmaktadır.
Malzeme seviyesinde, mikro yapılara gömülü yüksek kaliteli perovskit tek kristaller oluşturmak ana engel olmaya devam etmektedir. Lazing için gerekli olan yüksek elektrik akımları, perovskit malzemelerinin ciddi bozulmaya ve verimlilikte dramatik bir açığa çıkmasına neden oldu.
Cihaz düzeyinde, iki kritik konu çözünürlük talep etti: mikrokavite perovskit LED bileşenlerinin parlak çıkışının iyileştirilmesi ve boşluk elemanları arasındaki optik bağlantı verimliliğini en üst düzeye çıkarmak.
Çift boşluk çözümü
Araştırma ekibinin yaklaşımı, iki özel bileşen arasındaki elektrik-optik dönüşüm ve optik amplifikasyon işlevlerini bölen entegre bir çift boşluk mimarisine odaklanmaktadır.
“Elektrik darbeleri altında, ilk mikrokavity’deki perovskit LED’den yoğun yönlü emisyon, hafif amplifikasyonu ve sonraki lazingleri destekleyen ikinci mikro klokavadaki perovskit tek kristal tarafından emilir.”
Mekanizma, iki boşluk arasındaki optik bağlantının dikkatli bir şekilde mühendisliğini kullanır. Birinci mikrokavite, yüksek güçlü bir perovskit LED alt birimi içerirken, ikincisi düşük eşikli tek kristal perovskit mikro-üne sahiptir.
Zou, “MicroCavity I, MicroCavity II’ye giren yoğun yönlü foton akışını üretmekten sorumludur, MicroCavity II ışık amplifikasyonu ve lazingden sorumludur.” Dedi.
Mimari yapı, kristal kalitesi ve optik bağlantı verimliliği ile ilgili teknik zorlukları çözmeye odaklanmıştır.
Mühendislik hassasiyeti
İkili boşluk sistemi, farklı fonksiyonlara sahip iki farklı perovskit bileşeni mühendislik gerektiriyordu.
Lazing bileşeni, uzay konfetli ters sıcaklık kristalizasyonu kullanılarak yüksek kaliteli tek formamidinium kurşun iyodür (fapbi₃) kristallerinin büyümesini gerektiriyordu. Bu teknik, perovskit malzemesinin, yaklaşık iki gün süren dikkatle kontrol edilen bir sıcaklık döngüsü üzerinde iki yüzey arasındaki kontrollü bir alan içinde büyümeyi içerir.
Yöntem olağanüstü kalitede kristaller üretti: sadece 0.7 nm’lik bir yüzey pürüzlülüğü ve yaklaşık 180 nm’lik optimize edilmiş bir kalınlık.
Elektrik pompalama bileşeni, çözelti işleme yöntemleri ile yüksek güç LED’e üretilen farklı bir perovskit bileşimi olan cs₀.₅fa₀.₅pbi₂br kullanmıştır.
Her iki bileşen de, boşluklar arasındaki ışık bağlantısını en üst düzeye çıkarmak için dikkatle tasarlanmış optik özelliklere sahip dağıtılmış Bragg reflektörleri arasında gömülmüştür.
Zhao, “İki mikrokavit arasındaki optik kuplaj verimliliği, emisyon I’den emisyonun farklılığını azaltarak% 82.7’ye yükseltildi ve iki mikrokavit arasındaki bağlantı mesafesi.” Dedi.
Bu verimliliğin kritik olduğunu kanıtladı. Karşılaştırmalı çalışmalar, çift boşluk tasarımının, tek bir boşluk mimarisine kıyasla lazing eşiğinde 4,7 kat azalma sağladığını gösterdi.
Performans ve metrikler
Cihaz, lazing elde etmek için gereken mevcut yoğunluğun bir ölçüsü olan, özellikle lazing eşiği olmak üzere kayda değer performans metrikleri elde etti. Lazing eşiği, ortalama 129 a/cm² eşiği ile minimum 92 a/cm²’ye ulaştı. Bu, elektriksel güdümlü en iyi organik lazerlere göre büyüklük iyileştirme sırasını temsil eder.
Düşük eşiğin ötesinde, perovskit lazer, mevcut elektrikli pompalanan organik lazerlerden daha iyi performans göstererek, darbeli uyarma (10 Hz’de 64.000 voltaj darbesi) altında 1.8 saatlik bir operasyonel yarılanma ömrü gösterdi.
“İlk gösteri olarak, cihazın 1,8 saatlik yarılanma ömrü tarafından şaşırdık,” dedi Di. “Tabii ki, ömür boyu uygulama açısından çok kısa kabul edilir.”
Araştırmacılar, birincil sınırlama mekanizmalarını elektrik alanları altında iyon göçü ve yoğun akımlar altında joule ısıtma olarak tanımladılar.
Zhao, “Bunlar gelecekte cihazların ısı dağılımı ve perovskit malzemelerindeki baskılanmış iyon göçü ile çözülebilir.”
Ayrıca, cihaz etkileyici modülasyon özelliklerine ulaştı ve şanzıman sırasında dijital bilgi kodlaması için hızlı lazer anahtarlama özellikleri sağladı.
Lazer, 36.2 MHz’lik bir bant genişliği elde etti, bu da saniyede 36.2 milyon kez açılıp kapanabileceğini ve 5.4 ve 5.1 nanosaniye yükselme ve sonbahar süreleri ile. Bu, cihazın optik veri iletim uygulamaları için mümkün olduğunu göstermektedir.
Gelecekteki iş ve uygulamalar
Zou, “Perovskit lazeri optik veri iletimi, entegre fotonik yongalarda tutarlı ışık kaynağı ve giyilebilir cihazlar gibi çeşitli uygulamalarda kullanılabilir.” Dedi.
Araştırmacılar bunun daha fazla gelişmenin başlangıcını temsil ettiğini vurguladılar.
Di, “Elektrik güdümlü perovskit lazerlerinin gösterilmesi sadece bir başlangıç. Şu anda basit bir lazer diyot yapısına kullandığımız entegre bir pompalama mimarisinden geçiş, daha kompakt ve ölçeklenebilir optoelektronik uygulamaları mümkün kılacağı için potansiyel bir yön olacaktır.”
Yazarımız Tejasri Gururaj tarafından yazılmış, Gaby Clark tarafından düzenlenen ve Robert Egan tarafından gerçekleştirilmiş ve gözden geçirilen bu makale dikkatli insan çalışmasının sonucudur. Bağımsız bilim gazeteciliğini canlı tutmak için sizin gibi okuyuculara güveniyoruz. Bu raporlama sizin için önemliyse, lütfen bir bağış (özellikle aylık) düşünün. Alacaksın reklamsız bir teşekkür olarak hesap.
