पेकिंग विश्वविद्यालय ने एक पेरोवस्काइट निरंतरलेजर स्रोत1 वर्ग माइक्रोन से भी छोटा
ऑन-चिप ऑप्टिकल इंटरकनेक्शन (<10 fJ बिट-1) की कम ऊर्जा खपत की आवश्यकता को पूरा करने के लिए 1 μm² से कम उपकरण क्षेत्रफल वाले सतत लेजर स्रोत का निर्माण करना महत्वपूर्ण है। हालांकि, उपकरण का आकार घटने के साथ-साथ ऑप्टिकल और भौतिक हानि काफी बढ़ जाती है, इसलिए सब-माइक्रोन उपकरण आकार प्राप्त करना और लेजर स्रोतों की सतत ऑप्टिकल पंपिंग करना अत्यंत चुनौतीपूर्ण है। हाल के वर्षों में, हैलाइड पेरोव्स्काइट सामग्री ने अपने उच्च ऑप्टिकल लाभ और अद्वितीय एक्सिटॉन पोलरिटॉन गुणों के कारण सतत ऑप्टिकली पंप किए गए लेजरों के क्षेत्र में व्यापक ध्यान आकर्षित किया है। अब तक रिपोर्ट किए गए पेरोव्स्काइट सतत लेजर स्रोतों का उपकरण क्षेत्रफल अभी भी 10 μm² से अधिक है, और सभी सबमाइक्रोन लेजर स्रोतों को उत्तेजित करने के लिए उच्च पंप ऊर्जा घनत्व वाले स्पंदित प्रकाश की आवश्यकता होती है।
इस चुनौती का सामना करते हुए, पेकिंग विश्वविद्यालय के सामग्री विज्ञान एवं इंजीनियरिंग संकाय के झांग किंग के नेतृत्व वाले शोध समूह ने उच्च गुणवत्ता वाले पेरोवस्काइट सबमाइक्रोन एकल क्रिस्टल पदार्थों को सफलतापूर्वक तैयार किया है, जिससे 0.65 μm² जितने छोटे उपकरण क्षेत्रफल वाले निरंतर ऑप्टिकल पंपिंग लेजर स्रोत प्राप्त किए जा सके। साथ ही, सबमाइक्रोन निरंतर ऑप्टिकल पंपिंग लेजर प्रक्रिया में फोटॉन एक्सिटॉन पोलरिटॉन की क्रियाविधि को गहराई से समझा गया है, जो छोटे आकार के कम थ्रेशोल्ड वाले अर्धचालक लेजरों के विकास के लिए एक नया विचार प्रदान करता है। "1 μm² से कम उपकरण क्षेत्रफल वाले निरंतर तरंग पंपिंग पेरोवस्काइट लेजर" शीर्षक वाले इस अध्ययन के परिणाम हाल ही में एडवांस्ड मैटेरियल्स में प्रकाशित हुए हैं।
इस कार्य में, रासायनिक वाष्प निक्षेपण विधि द्वारा नीलम सब्सट्रेट पर अकार्बनिक पेरोवस्काइट CsPbBr3 एकल क्रिस्टल माइक्रोन शीट तैयार की गई। यह देखा गया कि कमरे के तापमान पर पेरोवस्काइट एक्सिटॉन और ध्वनि-दीवार माइक्रोकेविटी फोटॉन के प्रबल युग्मन के परिणामस्वरूप एक्सिटोनिक पोलरिटॉन का निर्माण हुआ। रैखिक से अरैखिक उत्सर्जन तीव्रता, संकीर्ण रेखा चौड़ाई, उत्सर्जन ध्रुवीकरण परिवर्तन और दहलीज पर स्थानिक सुसंगतता परिवर्तन जैसे कई प्रमाणों के माध्यम से, सब-माइक्रोन आकार के CsPbBr3 एकल क्रिस्टल के निरंतर प्रकाशीय रूप से पंप किए गए प्रतिदीप्ति लेजर की पुष्टि की गई, और उपकरण का क्षेत्रफल मात्र 0.65μm2 है। साथ ही, यह पाया गया कि सबमाइक्रोन लेजर स्रोत की दहलीज बड़े आकार के लेजर स्रोत की दहलीज के बराबर है, और उससे भी कम हो सकती है (चित्र 1)।
चित्र 1. निरंतर प्रकाशीय रूप से पंप किया गया सबमाइक्रोन CsPbBr3लेजर प्रकाश स्रोत
इसके अतिरिक्त, यह शोध प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक दोनों ही दृष्टिकोणों से सबमाइक्रोन सतत लेजर स्रोतों के निर्माण में एक्सिटॉन-ध्रुवीकृत एक्सिटॉन की क्रियाविधि का अन्वेषण करता है और उसे उजागर करता है। सबमाइक्रोन पेरोवस्काइट में बढ़ी हुई फोटॉन-एक्सिटॉन युग्मन के परिणामस्वरूप समूह अपवर्तनांक लगभग 80 तक बढ़ जाता है, जिससे मोड हानि की भरपाई के लिए मोड लाभ में काफी वृद्धि होती है। इसके परिणामस्वरूप उच्च प्रभावी माइक्रोकेविटी गुणवत्ता कारक और संकीर्ण उत्सर्जन रेखा चौड़ाई वाला पेरोवस्काइट सबमाइक्रोन लेजर स्रोत प्राप्त होता है (चित्र 2)। यह क्रियाविधि अन्य अर्धचालक पदार्थों पर आधारित छोटे आकार के, निम्न-थ्रेशोल्ड लेजरों के विकास में भी नई अंतर्दृष्टि प्रदान करती है।
चित्र 2. एक्सिटोनिक पोलराइज़न का उपयोग करके सब-माइक्रोन लेजर स्रोत की कार्यप्रणाली
पेकिंग विश्वविद्यालय के सामग्री विज्ञान एवं इंजीनियरिंग संकाय के 2020 बैच के छात्र सोंग जिएपेंग इस शोधपत्र के प्रथम लेखक हैं, और पेकिंग विश्वविद्यालय इस शोधपत्र की प्रथम इकाई है। सिंघुआ विश्वविद्यालय के भौतिकी विभाग के प्रोफेसर झांग किंग और शियोन किहुआ इसके सहभागी लेखक हैं। इस शोध को चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान संस्थान और बीजिंग विज्ञान संस्थान द्वारा उत्कृष्ट युवा लोगों के लिए प्रदान किए गए सहयोग से संपन्न किया गया।
पोस्ट करने का समय: 12 सितंबर 2023