Recent, o echipă condusă de profesorul Di David, cercetătorul Zou Chen și profesorul Zhao Baodan de la Colegiul de Știință și Inginerie Optică/Colegiul Internațional Comun al Universității Zhejiang a dezvoltat primul laser perovskit acţionat electric din lume. Acest laser cu „-cavitate dublă” integrează două microcavități optice, combinând o subunitate de microcavitate cu un singur-cristal de-perovskit cu prag scăzut-cu o subunitate LED de perovskit cu microcavitate de-putere mare într-un singur dispozitiv, formând o structură multistrat stivuită vertical.
Acest nou tip de laser semiconductor necesită o densitate minimă de curent (curent de prag) de 92 A/cm2 pentru a emite lumină laser, care este cu un ordin de mărime mai mică decât cele mai bune lasere cu semiconductor organic. De asemenea, demonstrează o stabilitate bună și poate obține o modulare rapidă la o lățime de bandă de 36,2 MHz, ceea ce îl face promițător pentru aplicații precum transmisia de date pe-chip, calcul și biomedicină. Lucrarea de cercetare aferentă a fost publicată în Nature pe 27 august.
Există diferite tipuri de lasere și, în prezent, noile materiale laser, cum ar fi semiconductori de perovskit, semiconductori organici și puncte cuantice, prezintă avantaje semnificative. Dintre aceste materiale, semiconductorii de perovski se remarcă datorită spectrelor de emisie reglabile (capabile să producă diferite culori) și pragurilor de emisie laser extrem de scăzute în condiții de pompare optică (adică, condițiile conduse de lumină-), făcându-le foarte promițătoare pentru aplicațiile tehnologice.
Cu toate acestea, dezvoltarea unui laser perovskit acționat electric a fost cea mai mare provocare în domeniul optoelectronicii perovskite și un obiectiv urmărit de numeroase echipe de cercetare din întreaga lume.
„Pentru a obține o emisie laser acționată electric, am inventat o structură integrată cu două-cavități. Abordarea noastră implică integrarea compactă a unei subunități LED de perovskit cu microcavități de-putere mare cu o subunitate de microcavități de perovskit cu un singur cristal{{-de înaltă calitate în cadrul aceluiași dispozitiv", a explicat Di David, autorul lucrării. Acest dispozitiv cuplează eficient un număr mare de fotoni generați de LED-ul perovskit microcavității excitat electric în a doua microcavitate, excitând mediul de câștig de perovskit monocristal pentru a produce lumină laser. Acest laser integrat este format din două microcavități optice cu eficiență ridicată de cuplare (82,7%). Sub impulsuri electrice, subunitatea LED perovskită cu microcavitate produce o densitate maximă de putere radiantă de aproximativ 2,5×104mW/cm2, echivalent cu o strălucire ultra-înaltă de aproximativ 2,0×105W/sr/m2. Această putere optică este transferată în mod eficient către microcavitatea de perovskit cu un singur cristal, suportând emisia laser.
„Acest nou laser cu semiconductor a demonstrat deja un potențial tehnologic semnificativ”, a menționat Di David. Sub excitație electrică, laserul perovskit are un curent de prag de 92 A/cm2, care este cu un ordin de mărime mai mic decât cele mai bune lasere organice acționate electric. Mai mult, laserul perovskit acţionat electric prezintă o reproductibilitate şi o stabilitate mai bune decât laserele organice şi poate realiza o modulare rapidă la o lăţime de bandă de 36,2 MHz.
Laserele perovskite acţionate electric pot fi utilizate în diverse aplicaţii, cum ar fi transmisia optică de date, şi pot servi ca surse de lumină coerente în cipurile fotonice integrate şi dispozitivele portabile. Echipa a descoperit că dispozitivul poate fi modulat rapid prin impulsuri electrice la o lățime de bandă de 36,2 MHz. Această rată de modulație este obținută prin reducerea suprafeței efective a dispozitivului pentru a minimiza constanta de rezistență-capacitatei (RC) și prin utilizarea unui substrat de siliciu pentru a îmbunătăți disiparea căldurii.
Zhao Baodan a spus: „În viitor, va trebui să depășim limitarea duratei de viață a radiației spontane la scară nanosecundă-a subunității LED perovskite cu microcavități pentru a obține funcționarea cu viteză ridicată-GH-a dispozitivului."
„Tranziția de la arhitectura actuală de „pompare integrată” la o structură de diodă laser mai simplă va fi cheia pentru cercetările viitoare, deoarece va permite aplicații optoelectronice mai compacte și scalabile”, a adăugat Di David.