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在钙钛矿纳米激光领域取得重要进展
2018-11-22

在钙钛矿纳米激光领域取得重要进展

日前,我校物理与光电工程学院在顶尖期刊《Advanced Functional materials》上发表他们在钙钛矿纳米激光领域的最新研究成果:“Record-Low-Threshold Lasers Based on Atomically Smooth Triangular Nanoplatelet Perovskite”。 钙钛矿纳米片激光器示意图如图1所示。该论文的第一署名单位为太原理工大学,第一作者为李国辉博士,第一通讯作者为崔艳霞教授,共同通讯作者为陕西师范大学刘生忠教授,该成果出自郝玉英教授领导的有机光电材料与器件课题组。

 

图1 钙钛矿纳米片激光器示意图

芯片制造的技术反映了一个国家和企业的综合技术水平。“中兴事件”凸显了中国研制自己的芯片的迫切性。芯片上的光电集成是未来信息科学技术的发展趋势,其中的关键之一就是纳米尺度上的激光器:纳米激光器。纳米激光研制的终极目标就是实现电泵浦。与传统的半导体材料相比,钙钛矿具有长载流子寿命(10-100纳秒)、长扩散长度、高荧光产率以及波长可调谐等优点,是半导体材料领域的一颗新星,在包括光伏、激光、光电探测器、发光二极管等领域有巨大的应用前景。

 

图2,(a)钙钛矿纳米片显微图像显示其形状规则并且表面均匀;(b)钙钛矿纳米片表面原子力显微镜图像显示其表面平均粗糙度低于2nm达到原子级平滑;(c)钙钛矿纳米片的发射谱随着泵谱能量变化的伪彩图显示了发射谱由自发辐射到激光的转变过程;(d)钙钛矿纳米片激光光谱的洛伦茨拟合显示其光谱线宽低至0.3nm。

钙钛矿纳米激光器目前都采用激光泵浦。由激光泵浦到电泵浦的关键之一就是降低激光产生的阈值从而降低注入电流密度。针对这一难题,李国辉博士、崔艳霞教授及其合作者采用化学气相沉积方法制备出表面达到原子级平滑(平均表面粗糙度小于2纳米)的形状规则的正三角形和正六边形钙钛矿纳米片,纳米片的边长低至27微米,厚度低至70纳米(如图2a和b所示)。在激光特性研究的实验中,他们发现所制备原子级平滑的钙钛矿纳米片谐振腔显著降低了散射损耗从而大幅度提高了钙钛矿纳米片激光的性能,其谐振腔品质因子高达2600,激光的光谱线宽低至0.3纳米(测试受到光谱仪的光谱分辨率限制),相应地,激光产生的阈值也下降到18.7微焦每平方厘米,是目前同类激光器中全世界最低的(如图2c和d所示)。这一开创性的工作将有力的推动钙钛矿纳米激光研究的快速发展。

Advanced Functional Materials以其公正的同行评审,高品质的期刊内容成为材料科学领域公认的世界顶级刊之一。2018年《期刊引证报告》显示其影响因子高达13.325。Advanced Functional Materials收录的文献涵盖纳米技术、化学、物理和生物。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201805553

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