哈佛大学麻省总医院Science Advances：亚微米三维CsPbBr3钙钛矿激光器

纳米技术

2021-10-20

Plasmonic激光由于其能够生成模体中的相干光低于光子晶体的衍射极限的相干光，因此受到广泛关注。目前1D或者2D纳米器件得到发展，但是目前难以在3D维度构建纳米尺度空腔的plasmonic激光。

有鉴于此，哈佛大学医学院附属麻省总医院Seok Hyun Yun等报道通过CsPbBr₃晶体，分别为长方体（0.58μm x 0.56μm x 0.32μm）、纳米片（0.79μm x 0.66μm x 0.18μm），随后将其分别修饰在覆盖聚合物的Au基底上，首次构建了3D亚微米尺度激光器。

 本文要点：

（1）

作者在空气气氛中通过纳秒光泵浦，实现了2.3 eV（540 nm）的稳定单模/多模激光，而且激光的宽度仅仅1 meV（0.2 nm）。

plasmonic或者photonic器件在10000个脉冲激光（20 Hz激光速率）中保持稳定，形成的脉冲激光波动值测试结果结果显示，对于plasmonic器件的波动值为0.12 nm，对比在硅上的photonic器件实现了好于0.28 nm，对比结果玻璃基底上0.40 nm。对于这种区别，作者未完全理解，但是推测可能是因为降低电荷累积导致的结果。而且，在4 ns内CsPbBr₃的热扩散距离仅仅40 nm，Au的热扩散距离为710 nm，因此，在激光的构建和震荡过程中在plasmonic器件和photonic器件中CsPbBr₃晶体的温度基本上没有改变。

（2）

作者通过相关实验和模拟计算发现，对超过100个plasmonic或者photonic器件进行考察，验证器件通过Purcell效应，较高的自发辐射因子（β，spontaneous emission factor），较高的指数（high group index）导致器件产生高效率的等离子体发射、光学增强效应。本文研究结果展示了plasmonic激光实现三维小型化的前景。

参考文献

Sangyeon Cho et al. Submicrometer perovskite plasmonic lasers at room temperature, Science Advances, 2021, 7, eabf3362

DOI: 10.1126/sciadv.abf3362

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abf3362