పెకింగ్ విశ్వవిద్యాలయం 1 చదరపు మైక్రాన్ కంటే చిన్నదైన పెరోవ్‌స్కైట్ నిరంతర లేజర్ మూలాన్ని రూపొందించింది.

బీజింగ్ విశ్వవిద్యాలయం పెరోవ్‌స్కైట్ నిరంతరలేజర్ మూలం1 చదరపు మైక్రాన్ కంటే చిన్నది
ఆన్-చిప్ ఆప్టికల్ ఇంటర్‌కనెక్షన్ యొక్క తక్కువ శక్తి వినియోగ అవసరాన్ని (<10 fJ bit-1) తీర్చడానికి, 1μm2 కంటే తక్కువ పరికర వైశాల్యంతో ఒక నిరంతర లేజర్ మూలాన్ని నిర్మించడం ముఖ్యం. అయితే, పరికర పరిమాణం తగ్గేకొద్దీ, ఆప్టికల్ మరియు మెటీరియల్ నష్టాలు గణనీయంగా పెరుగుతాయి, కాబట్టి సబ్-మైక్రాన్ పరికర పరిమాణాన్ని సాధించడం మరియు లేజర్ మూలాల నిరంతర ఆప్టికల్ పంపింగ్ చేయడం అత్యంత సవాలుతో కూడుకున్నది. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, హాలైడ్ పెరోవ్‌స్కైట్ పదార్థాలు వాటి అధిక ఆప్టికల్ గెయిన్ మరియు ప్రత్యేకమైన ఎక్సైటాన్ పోలారిటాన్ లక్షణాల కారణంగా నిరంతర ఆప్టికల్ పంప్డ్ లేజర్‌ల రంగంలో విస్తృతమైన దృష్టిని ఆకర్షించాయి. ఇప్పటివరకు నివేదించబడిన పెరోవ్‌స్కైట్ నిరంతర లేజర్ మూలాల పరికర వైశాల్యం ఇప్పటికీ 10μm2 కంటే ఎక్కువగా ఉంది, మరియు సబ్-మైక్రాన్ లేజర్ మూలాలన్నింటినీ ప్రేరేపించడానికి అధిక పంప్ శక్తి సాంద్రత కలిగిన పల్స్డ్ కాంతి అవసరం.

ఈ సవాలుకు ప్రతిస్పందనగా, పెకింగ్ విశ్వవిద్యాలయం యొక్క మెటీరియల్స్ సైన్స్ అండ్ ఇంజనీరింగ్ స్కూల్‌కు చెందిన జాంగ్ క్వింగ్ పరిశోధన బృందం, 0.65μm2 అంత తక్కువ పరికర వైశాల్యంతో నిరంతర ఆప్టికల్ పంపింగ్ లేజర్ మూలాలను సాధించడానికి అధిక-నాణ్యత గల పెరోవ్‌స్కైట్ సబ్‌మైక్రాన్ సింగిల్ క్రిస్టల్ పదార్థాలను విజయవంతంగా తయారు చేసింది. అదే సమయంలో, ఫోటాన్ కూడా వెల్లడైంది. సబ్‌మైక్రాన్ నిరంతర ఆప్టికల్ పంప్డ్ లేజింగ్ ప్రక్రియలో ఎక్సైటాన్ పోలారిటాన్ యొక్క యంత్రాంగం లోతుగా అర్థం చేసుకోబడింది, ఇది చిన్న పరిమాణం గల తక్కువ థ్రెషోల్డ్ సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల అభివృద్ధికి ఒక కొత్త ఆలోచనను అందిస్తుంది. "1 μm2 కంటే తక్కువ పరికర వైశాల్యంతో నిరంతర తరంగ పంప్డ్ పెరోవ్‌స్కైట్ లేజర్‌లు" అనే శీర్షికతో ఉన్న ఈ అధ్యయనం యొక్క ఫలితాలు ఇటీవల అడ్వాన్స్‌డ్ మెటీరియల్స్‌లో ప్రచురించబడ్డాయి.

ఈ పరిశోధనలో, రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (కెమికల్ వేపర్ డిపోజిషన్) పద్ధతి ద్వారా నీలమణి (సఫైర్) ఆధారపదార్థంపై అకర్బన పెరోవ్‌స్కైట్ CsPbBr3 ఏక స్ఫటిక మైక్రాన్ పొరను తయారుచేయడం జరిగింది. గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద పెరోవ్‌స్కైట్ ఎక్సైటాన్‌లు మరియు ధ్వని గోడ మైక్రోకావిటీ ఫోటాన్‌ల మధ్య బలమైన సంధానం జరగడం వలన ఎక్సైటానిక్ పోలారిటాన్ ఏర్పడటం గమనించబడింది. రేఖీయ నుండి అరేఖీయ ఉద్గార తీవ్రత, ఇరుకైన రేఖా వెడల్పు, ఉద్గార ధ్రువణ పరివర్తన మరియు థ్రెషోల్డ్ వద్ద ప్రాదేశిక పొందిక పరివర్తన వంటి అనేక ఆధారాల ద్వారా, ఉప-మైక్రాన్ పరిమాణంలో ఉన్న CsPbBr3 ఏక స్ఫటికం యొక్క నిరంతర కాంతి ప్రేరిత ఫ్లోరోసెన్స్ లేజర్ నిర్ధారించబడింది, మరియు పరికరం యొక్క వైశాల్యం 0.65μm2 అంత తక్కువగా ఉంది. అదే సమయంలో, ఉప-మైక్రాన్ లేజర్ మూలం యొక్క థ్రెషోల్డ్ పెద్ద-పరిమాణ లేజర్ మూలంతో పోల్చదగినదని, మరియు అంతకంటే తక్కువగా కూడా ఉండవచ్చని కనుగొనబడింది (పటం 1).

పటం 1. నిరంతర ఆప్టికల్‌గా పంప్ చేయబడిన సబ్‌మైక్రాన్ CsPbBr3లేజర్ కాంతి మూలం

ఇంకా, ఈ పరిశోధన ప్రయోగాత్మకంగా మరియు సైద్ధాంతికంగా రెండింటినీ అన్వేషించి, సబ్‌మైక్రాన్ నిరంతర లేజర్ మూలాల రూపకల్పనలో ఎక్సైటాన్-ధ్రువీకరించబడిన ఎక్సైటాన్‌ల యంత్రాంగాన్ని వెల్లడిస్తుంది. సబ్‌మైక్రాన్ పెరోవ్‌స్కైట్‌లలో మెరుగైన ఫోటాన్-ఎక్సైటాన్ సంయోగం ఫలితంగా గ్రూప్ వక్రీభవన సూచిక సుమారు 80కి గణనీయంగా పెరుగుతుంది, ఇది మోడ్ నష్టాన్ని భర్తీ చేయడానికి మోడ్ లాభాన్ని గణనీయంగా పెంచుతుంది. దీని ఫలితంగా అధిక ప్రభావవంతమైన మైక్రోకావిటీ నాణ్యతా కారకం మరియు ఇరుకైన ఉద్గార రేఖా వెడల్పు (పటం 2) కలిగిన పెరోవ్‌స్కైట్ సబ్‌మైక్రాన్ లేజర్ మూలం కూడా ఏర్పడుతుంది. ఈ యంత్రాంగం ఇతర సెమీకండక్టర్ పదార్థాల ఆధారంగా చిన్న-పరిమాణం, తక్కువ-థ్రెషోల్డ్ లేజర్‌ల అభివృద్ధికి కొత్త అంతర్దృష్టులను కూడా అందిస్తుంది.

పటం 2. ఎక్సైటోనిక్ పోలరైజాన్‌లను ఉపయోగించి సబ్-మైక్రాన్ లేజర్ మూలం యొక్క యంత్రాంగం

పెకింగ్ విశ్వవిద్యాలయం మెటీరియల్స్ సైన్స్ అండ్ ఇంజనీరింగ్ స్కూల్‌కు చెందిన 2020 జిబో విద్యార్థి అయిన సాంగ్ జియెపెంగ్ ఈ పత్రానికి మొదటి రచయిత, మరియు పెకింగ్ విశ్వవిద్యాలయం ఈ పత్రంలోని మొదటి యూనిట్. సింఘువా విశ్వవిద్యాలయంలో భౌతికశాస్త్ర ప్రొఫెసర్లు అయిన జాంగ్ క్వింగ్ మరియు జియాంగ్ కిహువా అనుబంధ రచయితలు. ఈ పనికి చైనా జాతీయ సహజ శాస్త్ర ఫౌండేషన్ మరియు అత్యుత్తమ యువత కోసం బీజింగ్ సైన్స్ ఫౌండేషన్ మద్దతు ఇచ్చాయి.