Λέιζερ Perovskite αποτελεσματικής διάχυσης θερμότητας με χρήση υποστρώματος διαμαντιού υψηλής θερμικής αγωγιμότητας

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

Αρχική > Τύπος > Αποτελεσματική διάχυση θερμότητας λέιζερ περοβσκίτη με χρήση διαμαντένιου υποστρώματος υψηλής θερμικής αγωγιμότητας

Το σχήμα δείχνει τη σχηματική εικόνα του προτεινόμενου λέιζερ λειτουργίας ψιθυριστή στοάς MAPbI3 με οπτική άντληση (WGM) που περιλαμβάνει ένα τριγωνικό νανοαιμοπετάλιο MAPbI3, ένα στρώμα κενού SiO2 και ένα υπόστρωμα διαμαντιού. ΠΙΣΤΩΣΗ
©Science China Press

The figure shows the schematic of the proposed optically pumped MAPbI3 whispering gallery mode (WGM) laser comprising a triangular MAPbI3 nanoplatelet, a SiO2 gap layer, and a diamond substrate. CREDIT
© Science China Press

Περίληψη:
Τα λέιζερ περοβσκίτη έχουν επιτύχει γρήγορα πρόοδο στην ανάπτυξη λέιζινγκ διεγερμένου συνεχούς κύματος από ένα λέιζινγκ διεγερμένου παλμού femtosecond, το οποίο θεωρείται ένα κρίσιμο βήμα προς την ηλεκτρικά διεγερμένη λέιζινγκ. Μετά από λέιζινγκ συνεχών κυμάτων σε θερμοκρασία δωματίου, ο επόμενος στόχος είναι να πραγματοποιηθεί λέιζινγκ με ηλεκτρισμό. Στα εμπορικά διαθέσιμα ηλεκτρικά λέιζερ έγχυσης, οι παραδοσιακοί επιταξικοί ημιαγωγοί μονοκρυστάλλου με μεγάλη θερμική αγωγιμότητα κ και υψηλή κινητικότητα φορέα φορτίου m συνήθως παρουσιάζουν μικρή ωμική θέρμανση υπό μεγάλη ροή ρεύματος. Ενώ οι περοβσκίτες διαθέτουν μεγάλες και ισορροπημένες κινητικότητες φορέα φορτίου, υποφέρουν από μικρές τιμές κ. Η θερμική αγωγιμότητα του MAPbI3 είναι 1-3 W m−1 K−1, η οποία είναι κατώτερη από αυτή του GaAs (50 W m−1 K−1). Ως εκ τούτου, η θερμότητα που μετατρέπεται από την απώλεια ενέργειας μέσω μη ακτινοβολούμενων μονοπατιών δεν μπορεί να διαχέεται αποτελεσματικά. Αυτή η αποτυχία θα αυξήσει το κατώφλι lasing καθώς οι φορείς καταλαμβάνουν ένα ευρύτερο φάσμα ενέργειας σε υψηλότερη θερμοκρασία, μειώνοντας την πληθυσμιακή αντιστροφή οποιασδήποτε δεδομένης μετάβασης μαζί με άλλα προβλήματα όπως η υποβάθμιση και τα ελαττώματα που προκαλούνται από τη θερμότητα. Το χαμηλότερο όριο ηλεκτρικής διέγερσης ενός λέιζερ περοβσκίτη κατανεμημένης ανάδρασης (DFB) θα ήταν τόσο υψηλό όσο 24 mA cm−2. Επιπλέον, λόγω της έγχυσης υψηλού ρεύματος στις συμβατικές αρχιτεκτονικές διόδων εκπομπής φωτός περοβσκίτη που χρησιμοποιούνται για συσκευές λέιζερ, η εξωτερική κβαντική απόδοση θα περιοριζόταν σημαντικά υπό συνθήκες έγχυσης υψηλού ρεύματος λόγω της θέρμανσης Joule. Ως εκ τούτου, η διαχείριση θερμότητας αποτελεί εμπόδιο για την ανάπτυξη ηλεκτροκίνητων λέιζερ με βάση περοβσκίτη.

Αποτελεσματική διάχυση θερμότητας λέιζερ περοβσκίτη με χρήση διαμαντένιου υποστρώματος υψηλής θερμικής αγωγιμότητας

Πεκίνο, Κίνα | Δημοσιεύτηκε στις 14 Απριλίου 2023

Υπό αυτό το πρίσμα, μια ομάδα ερευνητών, μεταξύ των οποίων ο καθηγητής Guohui Li, ο καθηγητής Shengwang Yu, ο καθηγητής Yanxia Cui του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου Taiyuan και ο καθηγητής Kaibo Zheng του Πανεπιστημίου Lund, παρουσίασαν ένα λέιζερ νανοαιμοπεταλίων περοβσκίτη σε ένα υπόστρωμα διαμαντιού που μπορεί να διαχέει αποτελεσματικά τη θερμότητα που παράγεται κατά την οπτική άντληση. Το αποδεδειγμένο λέιζερ διαθέτει συντελεστή Q ~1962, όριο λέιζερ 52.19 μJ cm−2. Ο στενός οπτικός περιορισμός επιτυγχάνεται επίσης με την εισαγωγή ενός λεπτού στρώματος διακένου SiO2 μεταξύ των νανοαιμοπεταλίων και του υποστρώματος διαμαντιού. Οι κατανομές ηλεκτρικού πεδίου μέσα στις δομές δείχνουν ότι ένα ευρύ διάκενο SiO2 πάχους 200 nm παράγει προφανώς λιγότερο πεδίο διαρροής στο υπόστρωμα διαμαντιού, προτείνοντας ταυτόχρονα καλύτερο περιορισμό λειτουργίας εντός του νανοαιμοπεταλίου MAPbI3. Αξιολόγησαν τη διάχυση θερμότητας σε λέιζερ νανοαιμοπεταλίων περοβσκίτη στο υπόστρωμα διαμαντιού με διακυμάνσεις θερμοκρασίας υπό συνθήκες οπτικής άντλησης. Το λέιζερ διαθέτει χαμηλή ευαισθησία θερμοκρασίας που εξαρτάται από την πυκνότητα της αντλίας (~0.56 ± 0.01 K cm2 μJ−1) μέσω της ενσωμάτωσης του υποστρώματος διαμαντιού. Η ευαισθησία είναι μία έως δύο τάξεις μεγέθους χαμηλότερη από τις τιμές για λέιζερ νανοσύρματος περοβσκίτη που αναφέρθηκαν προηγουμένως σε γυάλινα υποστρώματα. Το υπόστρωμα διαμαντιού υψηλής θερμικής αγωγιμότητας επιτρέπει στο λέιζερ νανοαιμοπεταλίων να λειτουργεί με υψηλή πυκνότητα αντλίας. Η μελέτη θα μπορούσε να εμπνεύσει την ανάπτυξη ηλεκτροκίνητων λέιζερ περοβσκίτη. Αυτή η εργασία δημοσιεύτηκε στο SCIENCE CHINA Materials (https://doi.org/10.1007/s40843-022-2355-6)

Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας (U21A20496, 61922060, 61775156, 61805172,12104334, 62174117 και 61905173), το Πρόγραμμα Βασικής Έρευνας και Ανάπτυξης του Ινστιτούτου Shanxi202102150101007 της επαρχίας Shanxi2022 της επαρχίας Shanxi020 προηγμένα Υλικά και Πρόγραμμα Χημικής Μηχανικής (20210302123154SX-TD20210302123169), το Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της επαρχίας Σανσί (2021 και 033), το Ερευνητικό Πρόγραμμα Υποστηριζόμενο από το Συμβούλιο Υποτροφιών Shanxi της Κίνας (2021-008 από το Ινστιτούτο Έρευνας του Έργου Shanxi-Υποστήριξη) and Chemical Engineering (2020206SX-FR2020207) και το Ειδικό Έργο Εισαγωγής Ταλέντου της Lvliang City (Rc202006935009 και RcXNUMX). Ο Guohui Li αναγνωρίζει επίσης την υποστήριξη από το Συμβούλιο Υποτροφιών της Κίνας (XNUMX).

####

Για περισσότερες πληροφορίες, πατήστε εδώ

Επαφές:
Media Επικοινωνία

Μπέι Γιαν
Science China Press
Επικοινωνία ειδικού

Γκουοχούι Λι
Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Taiyuan

Πνευματικά δικαιώματα © Science China Press

Εάν έχετε ένα σχόλιο, παρακαλώ Επικοινωνία και εμείς με χαρά θα σας εξυπηρετήσουμε.

Οι εκδότες δελτίων ειδήσεων, όχι η 7th Wave, Inc. ή η Nanotechnology Now, είναι αποκλειστικά υπεύθυνες για την ακρίβεια του περιεχομένου.

Bookmark: