《鈣鈦礦微腔的激子極化激元特性及低閾值雷射器件研究》是依託北京大學，由張青擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鈣鈦礦微腔的激子極化激元特性及低閾值雷射器件研究
- 項目負責人：張青
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微型半導體雷射器件的研發是當前光電信息領域的前沿課題之一，對光子集成晶片、高分辨顯示成像、高精度加工等領域有著極其重要的意義。由於大多數低維半導體材料表面態活躍、缺陷濃度高、俄歇複合閾值低，因而基於半導體微納結構而設計的光子雷射器依然具有很高的閾值，電注入時產生的巨大熱效應也導致電泵浦的雷射器難以實現，極大地阻礙了半導體微型雷射器的實際套用。針對這一難題，本項目擬基於新型金屬鹵化物鈣鈦礦半導體材料，利用其優異的激子特性，製備高質量單晶有機-無機、純無機鈣鈦礦微納結構，與結構自身及外來光學微腔強耦合，實現室溫下的激子極化激元，為進一步實現低閾值極化子激元凝聚與雷射奠定堅實的基礎。
結題摘要
激子極化激元器件在低功耗、相干微型雷射光源、光開關和傳輸等光電子器件方面有重要的研究價值和套用前景。有機-無機雜化、全無機鈣鈦礦具備優異的光電性質，例如高發光效率、缺陷容忍度高、激子結合能強、製備方法簡單、以及發光波長可調等優勢，為實現激子極化激元器件提供了有利的研究平台。 圍繞著低閾值鈣鈦礦激子極化激元雷射器件，該項目製備了高品質鈣鈦礦光學微腔結構（納米線、納米片和納米錐等），結結合雷射光譜學方法探索了鈣鈦礦微腔結構激子輻射、光子與激子相互作用等物理過程，著重研究了光子-激子強耦合效應的微觀機制，包括耦合強度與微腔尺寸、品質因子、振子強度的構效關係，為製備鈣鈦礦基半導體低閾值極化子雷射器奠定了堅實的基礎。 取得的主要研究成果包括：（1）掌握了通過CVD法來生長鈣鈦礦微腔結構的制技術，獲得了超薄CsPbX3（X = Br、Cl）納米線陣列（＜15 nm），解釋了尺寸依賴的納米線偏振行為與其厚度的關係，並計算出當納米線的厚度T＜40 nm時，偏振比高達0.78，為製備高質量的微腔結構奠定了基礎。（2）製備出鈣鈦礦CH3NH3PbBr3單晶角錐稜鏡微腔結構，並用FP腔模式解釋了其回反射型微腔的雷射模式，發現當該結構的長度~ 4.4 μm時，其群折射率（18.16）遠高於其本徵折射率，表明激子-光子發生強耦合作用的可能性。（3）實現室溫光子-激子強耦合效應，利用表面等離激元納腔，增強界面局域振子濃度，使Rabi劈裂提高至564 meV。（4）利用增益介質本徵的光學自吸收特性，實現了波長可調的等離激元納米線雷射器，波長條件範圍為465-491 nm；並揭示了表面等離激元傳播模式與納米線橫向、縱向尺寸的關係。（5）基於CVD合成的大面積層狀材料，設計回音壁微腔層狀半導體雷射器件，引入自聚焦效應，實現了連續光激勵層狀半導體雷射器，具有較高的重複性、可控性和可擴展性。 上述研究成果對理解鈣鈦礦材料激子極化子效應及低閾值微雷射器有重要的意義。鈣鈦礦納米線激子-光子強耦合工作是鈣鈦礦微腔強耦合領域的開拓性工作之一，為未來發展低閾值乃至電驅動微型雷射器件提供了思路和平台。在本項目支持下，已發表SCI學術論文15篇，包括Nature Communications、Advanced Materials、Nano Letter、ACS Nano等。
