पेकिंग विद्यापीठाने पेरोव्स्काइट सततची जाणीव करून दिलीलेझर स्रोत१ चौरस मायक्रॉनपेक्षा लहान
ऑन-चिप ऑप्टिकल इंटरकनेक्शनच्या कमी ऊर्जा वापराची आवश्यकता (<10 fJ bit-1) पूर्ण करण्यासाठी, 1μm2 पेक्षा कमी उपकरण क्षेत्रफळ असलेला एक अखंड लेझर स्रोत तयार करणे महत्त्वाचे आहे. तथापि, उपकरणाचा आकार कमी झाल्यावर, ऑप्टिकल आणि मटेरियलमधील हानी लक्षणीयरीत्या वाढते, त्यामुळे सब-मायक्रॉन उपकरणाचा आकार आणि लेझर स्रोतांचे अखंड ऑप्टिकल पंपिंग साध्य करणे अत्यंत आव्हानात्मक आहे. अलिकडच्या वर्षांत, हॅलाइड पेरोव्स्काईट मटेरियल्सना त्यांच्या उच्च ऑप्टिकल गेन आणि अद्वितीय एक्सायटन पोलॅरिटॉन गुणधर्मांमुळे अखंड ऑप्टिकली पंप्ड लेझर्सच्या क्षेत्रात व्यापक लक्ष मिळाले आहे. आतापर्यंत नोंदवलेल्या पेरोव्स्काईट अखंड लेझर स्रोतांचे उपकरण क्षेत्रफळ अजूनही 10μm2 पेक्षा जास्त आहे, आणि सर्व सब-मायक्रॉन लेझर स्रोतांना उत्तेजित करण्यासाठी उच्च पंप ऊर्जा घनतेच्या स्पंदित प्रकाशाची आवश्यकता असते.
या आव्हानाला प्रतिसाद म्हणून, पेकिंग विद्यापीठाच्या मटेरियल सायन्स अँड इंजिनिअरिंग स्कूलमधील झांग किंग यांच्या संशोधन गटाने, ०.६५μm² इतक्या कमी उपकरण क्षेत्रफळासह सतत ऑप्टिकल पंपिंग लेझर स्रोत साध्य करण्यासाठी, उच्च-गुणवत्तेचे पेरोव्स्काईट सबमायक्रॉन सिंगल क्रिस्टल मटेरियल यशस्वीरित्या तयार केले. त्याच वेळी, फोटॉनचे प्रकटीकरण झाले. सबमायक्रॉन सतत ऑप्टिकली पंप केलेल्या लेझिंग प्रक्रियेतील एक्सायटॉन पोलॅरिटॉनची यंत्रणा सखोलपणे समजून घेण्यात आली, ज्यामुळे लहान आकाराच्या कमी थ्रेशोल्ड सेमीकंडक्टर लेझर्सच्या विकासासाठी एक नवीन कल्पना मिळाली. “१ μm² पेक्षा कमी उपकरण क्षेत्रफळ असलेले सतत तरंग पंप केलेले पेरोव्स्काईट लेझर्स” या शीर्षकाच्या या अभ्यासाचे निष्कर्ष अलीकडेच ‘ॲडव्हान्स्ड मटेरियल्स’मध्ये प्रकाशित झाले आहेत.
या कामात, सफायर सब्सट्रेटवर रासायनिक बाष्प निक्षेपणाद्वारे (केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन) अकार्बनिक पेरोव्स्काईट CsPbBr3 एकल क्रिस्टल मायक्रॉन शीट तयार करण्यात आली. असे दिसून आले की, सामान्य तापमानावर पेरोव्स्काईट एक्सायटॉन्सचे साउंड वॉल मायक्रोकेव्हिटी फोटॉन्ससोबत होणाऱ्या तीव्र युग्मनामुळे (स्ट्राँग कपलिंग) एक्सायटॉनिक पोलॅरिटॉनची निर्मिती होते. रेषीय ते अरेखीय उत्सर्जन तीव्रता, अरुंद रेषा रुंदी, उत्सर्जन ध्रुवीकरण परिवर्तन आणि थ्रेशोल्डवरील अवकाशीय सुसंगतता परिवर्तन यांसारख्या अनेक पुराव्यांद्वारे, सब-मायक्रॉन आकाराच्या CsPbBr3 एकल क्रिस्टलच्या सतत प्रकाशीय पंप केलेल्या प्रतिदीप्ती लेसरची (continuous optically pumped fluorescence lase) पुष्टी झाली आहे, आणि उपकरणाचे क्षेत्रफळ 0.65μm2 इतके कमी आहे. त्याच वेळी, असे आढळून आले की सबमायक्रॉन लेसर स्रोताचा थ्रेशोल्ड मोठ्या आकाराच्या लेसर स्रोताच्या थ्रेशोल्डशी तुलना करण्याजोगा आहे आणि तो त्याहूनही कमी असू शकतो (आकृती १).
आकृती १. सतत प्रकाशीय पंपाने उत्तेजित केलेले सबमायक्रॉन CsPbBr3लेझर प्रकाश स्रोत
याव्यतिरिक्त, हे कार्य प्रायोगिक आणि सैद्धांतिक दोन्ही प्रकारे, सबमायक्रॉन सतत लेझर स्रोतांच्या निर्मितीमध्ये एक्सायटॉन-ध्रुवीकृत एक्सायटॉनच्या कार्यप्रणालीचे अन्वेषण करते आणि ती उघड करते. सबमायक्रॉन पेरोव्स्काईट्समधील वर्धित फोटॉन-एक्सायटॉन युग्मनामुळे समूह अपवर्तनांकामध्ये सुमारे ८० पर्यंत लक्षणीय वाढ होते, ज्यामुळे मोड लॉसची भरपाई करण्यासाठी मोड गेनमध्ये लक्षणीय वाढ होते. यामुळे उच्च प्रभावी मायक्रोकेव्हिटी क्वालिटी फॅक्टर आणि अरुंद उत्सर्जन लाइनविड्थ असलेला पेरोव्स्काईट सबमायक्रॉन लेझर स्रोत देखील मिळतो (आकृती २). ही कार्यप्रणाली इतर सेमीकंडक्टर पदार्थांवर आधारित लहान आकाराच्या, कमी-थ्रेशोल्ड लेझर्सच्या विकासासाठी नवीन अंतर्दृष्टी देखील प्रदान करते.
आकृती २. एक्सायटोनिक पोलरायझर्स वापरून सब-मायक्रॉन लेझर स्रोताची कार्यप्रणाली
पेकिंग विद्यापीठाच्या मटेरियल सायन्स अँड इंजिनिअरिंग स्कूलमधील २०२० सालचा झिबो विद्यार्थी, साँग जिएपेंग, हा या शोधनिबंधाचा प्रथम लेखक आहे आणि पेकिंग विद्यापीठ हे या शोधनिबंधाचे प्रथम एकक आहे. त्सिंगहुआ विद्यापीठातील भौतिकशास्त्राचे प्राध्यापक, झांग किंग आणि झिओंग किहुआ, हे संबंधित लेखक आहेत. या कार्याला चीनच्या राष्ट्रीय नैसर्गिक विज्ञान प्रतिष्ठान आणि उत्कृष्ट तरुणांसाठीच्या बीजिंग विज्ञान प्रतिष्ठानकडून पाठिंबा मिळाला.
पोस्ट करण्याची वेळ: १२ सप्टेंबर २०२३