【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所超強(qiáng)激光科學(xué)與技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與國(guó)科大杭州高等研究院和重慶師范大學(xué)合作，通過(guò)對(duì)準(zhǔn)二維鹵化物鈣鈦礦進(jìn)行聲子管理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱聲子瓶頸效應(yīng)的有效抑制以及高性能準(zhǔn)二維鈣鈦礦激光輸出。相關(guān)成果以“Accelerating the Hot Carrier Cooling for Phonon Management of Quasi-2D Perovskite Films Toward Low-Threshold Lasing”為題發(fā)表于Advanced Functional Materials。
 

　　熱載流子冷卻對(duì)光電器件的性能的影響至關(guān)重要。準(zhǔn)二維鈣鈦礦因其天然的量子阱結(jié)構(gòu)以及從小n相到大n相的快速能量漏斗過(guò)程被廣泛認(rèn)為是發(fā)光二極管和激光器的理想材料。然而，由于準(zhǔn)二維鈣鈦礦中強(qiáng)烈的限域效應(yīng)和能級(jí)分離，熱載流子弛豫效率較低，導(dǎo)致更強(qiáng)的熱聲子瓶頸效應(yīng)。這一現(xiàn)象不僅加劇了俄歇復(fù)合，還延長(zhǎng)了熱載子弛豫動(dòng)力學(xué)過(guò)程，從而損害增益的可持續(xù)性，這些效應(yīng)在高載流子密度下更為突出。
 

　　針對(duì)上述問(wèn)題，研究人員通過(guò)將添加劑冠醚(18-crown-6)引入準(zhǔn)二維鈣鈦礦后，重構(gòu)了鹵化鉛骨架的局部靜電環(huán)境，并選擇性增強(qiáng)了Pb─Br拉伸振動(dòng)的振動(dòng)活性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱載流子瓶頸效應(yīng)的有效抑制。超快瞬態(tài)吸收光譜顯示熱載流子冷卻顯著加快，熱聲子瓶頸受到抑制。這一過(guò)程促進(jìn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的建立，并支持高效的光學(xué)增益過(guò)程，包括實(shí)現(xiàn)了0.8 µJ cm?²的超低閾值的放大自發(fā)發(fā)射以及高達(dá)2880 cm?¹的材料增益。此外，成功實(shí)現(xiàn)了閾值低至2.2 µJ cm?²的單模激光發(fā)射，為開(kāi)發(fā)高性能準(zhǔn)二維鈣鈦礦相干光源開(kāi)辟新路徑。
 

　　該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、浙江省科技廳和浙江省杭州市科學(xué)技術(shù)局的資助和支持。

 

圖1 添加劑與Pb2+相互作用示意圖及熱載流子冷卻
 

　　圖2 (a) 泵浦強(qiáng)度依賴(lài)的材料增益；(b) 增益動(dòng)力學(xué)；(c) F-P 腔激光示意圖； (d) 激光輸出光譜； (e) 激光光譜半高寬； (f) 泵浦強(qiáng)度依賴(lài)的激光輸出強(qiáng)度和半高寬。