Tehokkaat lämpöä hajottavat perovskite-laserit, joissa käytetään korkean lämmönjohtavuuden omaavaa timanttisubstraattia

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Koti > lehdistö > Tehokkaat lämpöä hajottavat perovskiittilaserit, joissa käytetään korkean lämmönjohtavuuden omaavaa timanttisubstraattia

Kuvassa on kaavio ehdotetusta optisesti pumpatusta MAPbI3 whispering gallery mode (WGM) laserista, joka käsittää kolmion muotoisen MAPbI3-nanoverihiutaleen, SiO2-rakokerroksen ja timanttisubstraatin. LUOTTO
© Science China Press

Tiivistelmä:
Perovskiittilaserit ovat edistyneet nopeasti jatkuvan aallon viritetyn laserin kehittämisessä femtosekunnin pulssiherätetystä laserista, jota pidetään kriittisenä askeleena kohti sähköisesti viritettyä laseria. Huoneenlämpötilassa jatkuvan aallon laseroinnin jälkeen seuraava tavoite on toteuttaa sähkökäyttöinen laserointi. Kaupallisesti saatavilla olevissa sähköinjektiolasereissa perinteiset epitaksiaalisesti kasvatetut yksikidepuolijohteet, joilla on sekä suuri lämmönjohtavuus κ että korkea varauskantajan liikkuvuus m, osoittavat yleensä pientä resistiivistä kuumenemista suuressa virtauksessa. Vaikka perovskiiteilla on suuria ja tasapainoisia varauksenkuljettajien liikkuvuutta, ne kärsivät pienistä κ-arvoista. MAPbI3:n lämmönjohtavuus on 1-3 W m−1 K−1, mikä on huonompi kuin GaAs:n (50 W m−1 K−1). Näin ollen lämpöä, joka on muunnettu energiahäviöstä ei-säteilyreittien kautta, ei voida tehokkaasti hajauttaa. Tämä vika nostaa laserointikynnystä, koska kantoaineet miehittävät laajemman energia-alueen korkeammassa lämpötilassa, mikä laimentaa minkä tahansa siirtymän populaation inversiota muiden ongelmien, kuten hajoamisen ja lämmön aiheuttamien vikojen, ohella. Hajautetun takaisinkytkentäisen (DFB) perovskiittilaserin alin sähköinen virityskynnys olisi jopa 24 mA cm−2. Lisäksi korkean virran injektoinnin vuoksi tavanomaisissa laserlaitteissa käytetyissä perovskiittivalodiodiarkkitehtuureissa ulkoinen kvanttitehokkuus rajoittuisi merkittävästi korkean virran injektioolosuhteissa Joule-lämmityksen vuoksi. Siksi lämmönhallinta on pullonkaula perovskiittipohjaisten sähkökäyttöisten lasereiden kehittämiselle.

Tehokkaat lämpöä hajottavat perovskiittilaserit, joissa käytetään korkean lämmönjohtavuuden omaavaa timanttisubstraattia

Peking, Kiina | Julkaistu 14. huhtikuuta 2023

Tässä valossa joukko tutkijoita, mukaan lukien prof. Guohui Li, prof. Shengwang Yu, prof. Yanxia Cui Taiyuanin teknillisestä yliopistosta ja professori Kaibo Zheng Lundin yliopistosta, esitteli perovskiitista nanoverihiutalelaseria timanttisubstraatilla, joka voi poistaa tehokkaasti optisen pumppauksen aikana syntyvän lämmön. Esitetyn laserin Q-kerroin on ~1962, laserin kynnys 52.19 μJ cm−2. Tiukka optinen rajoitus toteutetaan myös lisäämällä ohut SiO2-rakokerros nanohiutaleiden ja timanttisubstraatin väliin. Sähkökenttäjakaumat rakenteiden sisällä osoittavat, että leveä, 2 nm:n paksuinen SiO200-rako tuottaa selvästi vähemmän vuotokenttää timanttisubstraatissa, mikä samalla ehdottaa parempaa tilarajoitusta MAPbI3-nanoverihiutaleen sisällä. He arvioivat lämmön haihtumista perovskiittisten nanohiutaleiden lasereissa timanttisubstraatilla lämpötilavaihteluilla optisissa pumppausolosuhteissa. Laserilla on alhainen pumpun tiheydestä riippuva lämpötilaherkkyys (~0.56 ± 0.01 K cm2 μJ-1) timanttisubstraatin ansiosta. Herkkyys on yhdestä kahteen suuruusluokkaa pienempi kuin aiemmin raportoitujen perovskiittisten nanolankalaserien arvot lasisubstraateilla. Korkean lämmönjohtavuuden omaava timanttisubstraatti mahdollistaa nanohiutaleiden laserin toiminnan suurella pumpun tiheydellä. Tutkimus voisi inspiroida sähkökäyttöisten perovskiittilaserien kehittämistä. Tämä teos julkaistiin SCIENCE CHINA Materialsissa (https://doi.org/10.1007/s40843-022-2355-6)

Tätä työtä tuki Kiinan kansallinen luonnontieteellinen säätiö (U21A20496, 61922060, 61775156, 61805172,12104334, 62174117, 61905173 ja 202102150101007), Shanxin maakunnan tutkimus- ja kehitysohjelma, Shanxi Province, Shanxi Province, 2022. Kehittyneet materiaalit ja Kemiantekniikan ohjelma (020SX-TD20210302123154), Shanxin maakunnan luonnontieteellinen säätiö (20210302123169 ja 2021), Kiinan Shanxin stipendineuvoston tukema tutkimusprojekti (033-2021), tutkimusprojekti Matvancedhanxi Advancedhanxi Institute, jota tukee Shanxin maakunta ja kemiantekniikka (008SX-FR2020206) sekä Lvliangin kaupungin kykyjen esittely -erityisprojekti (Rc2020207 ja Rc202006935009). Guohui Li tunnustaa myös Kiinan stipendineuvoston (XNUMX) tuen.

####

Saat lisätietoja napsauttamalla tätä

Yhteydet:
Media Yhteystiedot

Bei Yan
Science China Press
Asiantuntija Yhteystiedot

Guohui Li
Taiyuanin teknillinen yliopisto

Tekijänoikeudet © Science China Press

Jos sinulla on kommentteja, kiitos Ota yhteyttä meille.

Lehdistötiedotteiden liikkeeseenlaskijat, eivät 7th Wave, Inc. tai Nanotechnology Now, ovat yksin vastuussa sisällön oikeellisuudesta.

Kirjanmerkki: