Naukowcy osiągają napędzany elektrycznie laser perowskitowy za pomocą projektu o podwójnej kawernoście

28 września 2025 funkcja

autorstwa Tejasri Gururaj, Phys.org

autor współpracujący

redagowane przez Gaby Clark, zrecenzowane przez Roberta Egana

redaktor naukowy

redaktor współpracujący

Ten artykuł został zrecenzowany zgodnie z procesem redakcyjnym i politykami Science X. Redaktorzy zwrócili uwagę na następujące cechy, zapewniając wiarygodność treści:

zweryfikowane informacje

publikacja poddana recenzji

wiarygodne źródło

sprawdzony

Ostatnio, w badaniu Nature, naukowcy zaprezentowali laser na bazie perowskitów zasilany elektrycznie, wykorzystując podwójną kawernę, radząc sobie z wyzwaniem, które istnieje w tym obszarze od ponad dekady.

Urządzenie laserowe z podwójną kawerną opracowane przez zespół Uniwersytetu Zhejiang pokazuje próg lasowania o wielkość mniejszy niż w najnowocześniejszych laserach organicznych zasilanych elektrycznie i oferuje wyższą stabilność operacyjną z szybkimi możliwościami modulacji.

Phys.org przeprowadziło wywiad z zespołem badawczym na temat ich pracy.

„Zrealizowanie laserów perowskitowych zasilanych elektrycznie jest uważane przez wielu badaczy za największe wyzwanie w dziedzinie perowskitowej optoelektroniki”, powiedział Chen Zou, Fellow ds. Badań na Uniwersytecie Zhejiang i pierwszy autor badania. „Jako grupa badawcza aktywnie pracująca nad diodami elektroluminescencyjnymi oraz laserami perowskitowymi, jesteśmy bardzo podekscytowani, by podjąć to wielkie wyzwanie”.

Półprzewodniki perowskitowe wyłoniły się jako wyjątkowe materiały do zastosowań laserowych ze względu na ich wysokie współczynniki wzrostu, długie czasy życia nośników oraz możliwość regulacji długości fali emisji.

Mimo imponujących wyników działania lasera pod optycznym pompowaniem (gdzie zewnętrzny laser wzbudza perowskit), elektrycznie zasilane lasowanie pozostało nieosiągalne.

„Roztworowe perowskity oferują zalety, takie jak niska cena, łatwość integracji z innymi materiałami, możliwość regulacji widma i niskie progi lasowania w trybie optycznym, co czyni je bardzo atrakcyjnymi materiałami laserowymi”, wyjaśnił Baodan Zhao, Profesor Inżynierii na Uniwersytecie Zhejiang i współautor.

„Jednakże, te lasery perowskitowe z napędem optycznym wymagają zewnętrznych źródeł światła do pracy, co znacznie ogranicza ich użyteczność”.

Wyzwanie polegało na pokonaniu podstawowych barier zarówno na poziomie materiałowym, jak i sprzętowym.

Na poziomie materiałowym, główną przeszkodą pozostawało tworzenie wysokiej jakości pojedynczych kryształów perowskitowych osadzonych w mikrostrukturach. Wysokie prądy elektryczne potrzebne do lasowania powodowały, że materiały perowskitowe ulegały poważnym degradacjom i dramatycznemu spadkowi wydajności.

Na poziomie urządzenia, dwa krytyczne problemy wymagały rozwiązania: poprawa radiant excita...

'Efektywność sprzężenia optycznego między dwoma mikrokawitami została poprawiona do 82,7% poprzez zmniejszenie rozbieżności emisji z mikrokawitu I oraz odległości sprzężenia między dwoma mikrokawitami,' powiedział Zhao.

Ta efektywność okazała się być krytyczna. Badania porównawcze wykazały, że elektrycznie napędzany laser z podwójnym kawitacyjnym projektem osiągnął 4,7-krotną redukcję progu lasera w porównaniu do architektury jednokawitowej.

Odkrywaj najnowsze informacje ze świata nauki, technologii i kosmosu wraz z ponad 100 000 subskrybentami, którzy polegają na Phys.org dla codziennych spostrzeżeń. Zapisz się na nasz darmowy biuletyn i otrzymuj aktualizacje dotyczące przełomów, innowacji i ważnych badań - codziennie lub co tydzień.

Urządzenie osiągnęło znaczące wskaźniki wydajności, w szczególności próg lasera, który jest miarą gęstości prądu potrzebnej do uzyskania lasera. Poziom progu lasera osiągnął minimum 92 A/cm², ze średnią wartością progu wynoszącą 129 A/cm². Oznacza to poprawę o jeden rząd wielkości w porównaniu z najlepszymi elektrycznie napędzanymi laserami organicznymi.

Przekraczając niski próg, laser perowskitowy wykazał operacyjną połowicę życia wynoszącą 1,8 godziny pod pulsacyjnym pobudzeniem (64 000 impulsów napięcia o częstotliwości 10 Hz), prześcigając istniejące elektrycznie pompowane lasery organiczne.

'Jako pierwsza demonstracja, byliśmy już zaskoczeni czasem połowicznym urządzenia wynoszącym 1,8 godziny,' powiedział Di. 'Oczywiście, czas życia uważany jest za bardzo krótki z punktu widzenia zastosowań.'

Badacze zidentyfikowali podstawowe mechanizmy ograniczające jako migrację jonów pod wpływem pól elektrycznych i Nagrzewanie Joule'a pod intensywnymi prądami.

'Te problemy mogą zostać rozwiązane w przyszłości poprzez poprawioną dyssypację ciepła urządzeń oraz wyeliminowanie migracji jonów w materiałach perowskitowych,' zauważył Zhao.

Ponadto, urządzenie osiągnęło imponujące możliwości modulacyjne, dając mu szybkie zdolności przełączania lasera do kodowania informacji cyfrowej podczas transmisji.

Laser osiągnął szerokość pasma równą 36,2 MHz, co wskazuje, że może być włączany i wyłączany 36,2 miliona razy na sekundę, z czasami narastania i opadania wynoszącymi odpowiednio 5,4 i 5,1 nanosekundy. Sugeruje to, że urządzenie nadaje się do zastosowań w transmisji danych optycznych.

'Laser perowskitowy może być wykorzystany w różnych zastosowaniach, takich jak transmisja danych optycznych, źródło światła spójnego w zintegrowanych układach fotonicznych oraz urządzeniach do noszenia,' powiedział Zou.

Badacze podkreślili, że jest to początek dalszego rozwoju.

'Demonstracja elektrycznie napędzonych laserów perowskitowych to dopiero początek. Przejście od obecnie stosowanej zintegrowanej architektury pompowania do prostej struktury diody laserowej byłoby potencjalnym kierunkiem, ponieważ umożliwiłoby to bardziej kompaktowe i skalowalne zastosowania optoelektroniczne,' wyjaśnił Di.

Napisane dla Ciebie przez naszego autora Tejasri Gururaj, zredagowane przez Gaby Clark, zweryfikowane i sprawdzone przez Roberta Egana - ten artykuł jest wynikiem starannej pracy ludzkiej. Polegamy na czytelnikach takich jak Ty, aby zachować niezależne dziennikarstwo naukowe przy życiu. Jeśli ta informacja jest dla Ciebie istotna, prosimy o rozważenie dotacji (szczególnie miesięcznie). Dostaniesz bezreklamowe konto jako podziękowanie.

Więcej informacji: Chen Zou et al, Elektrycznie napędzany laser z urządzenia dwukawitowego z perowskitu, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09457-2.

Informacje dotyczące czasopisma: Nature

© 2025 Network Science X