Casa > Rassegna Stampa > Laser a perovskite con dissipazione efficiente del calore che utilizzano un substrato diamantato ad alta conduttività termica
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| La figura mostra lo schema del laser MAPbI3 in modalità Whisking Gallery (WGM) pompato otticamente, comprendente una nanopiastrina triangolare MAPbI3, uno strato gap di SiO2 e un substrato di diamante. CREDITO © Science China Press |
Abstract:
I laser alla perovskite hanno rapidamente ottenuto progressi nello sviluppo del laser eccitato a onda continua da un laser eccitato con impulso a femtosecondi, che è considerato un passo fondamentale verso il laser eccitato elettricamente. Dopo il laser a onda continua a temperatura ambiente, il prossimo obiettivo è realizzare il laser azionato elettricamente. Nei laser a iniezione elettrica disponibili in commercio, i tradizionali semiconduttori monocristallini a crescita epitassiale con sia una grande conduttività termica κ che un'elevata mobilità dei portatori di carica m di solito mostrano un piccolo riscaldamento resistivo sotto un grande flusso di corrente. Sebbene le perovskiti possiedano mobilità dei portatori di carica ampie ed equilibrate, soffrono di valori κ piccoli. La conduttività termica di MAPbI3 è 1-3 W m−1 K−1, che è inferiore a quella di GaAs (50 W m−1 K−1). Pertanto, il calore convertito dalla perdita di energia attraverso percorsi non radiativi non può essere dissipato in modo efficace. Questo fallimento aumenterà la soglia laser poiché i portatori occupano un intervallo energetico più ampio a una temperatura più elevata, diluendo l’inversione di popolazione di ogni data transizione insieme ad altri problemi come il degrado e i difetti indotti dal calore. La soglia di eccitazione elettrica più bassa di un laser a perovskite a feedback distribuito (DFB) sarebbe pari a 24 mA cm−2. Inoltre, a causa dell’iniezione di corrente elevata nelle architetture di diodi emettitori di luce convenzionali di perovskite utilizzate per dispositivi laser, l’efficienza quantistica esterna sarebbe significativamente limitata in condizioni di iniezione di corrente elevata a causa del riscaldamento Joule. Pertanto, la gestione del calore rappresenta un collo di bottiglia per lo sviluppo di laser azionati elettricamente basati sulla perovskite.
Laser a perovskite a dissipazione del calore efficiente che utilizzano un substrato diamantato ad alta conducibilità termica
Pechino, Cina | Pubblicato il 14 aprile 2023
In questa luce, un gruppo di ricercatori, tra cui il Prof. Guohui Li, il Prof. Shengwang Yu, il Prof. Yanxia Cui dell'Università di Tecnologia di Taiyuan e il Prof. Kaibo Zheng dell'Università di Lund, hanno dimostrato un laser a nanopiastrine di perovskite su un substrato di diamante che può dissipare in modo efficiente il calore generato durante il pompaggio ottico. Il laser dimostrato presenta un fattore Q di ~1962, una soglia laser di 52.19 μJ cm−2. Lo stretto confinamento ottico viene realizzato anche introducendo un sottile strato di SiO2 tra le nanopiastrine e il substrato di diamante. Le distribuzioni del campo elettrico all'interno delle strutture mostrano che un ampio gap di SiO2 di 200 nm di spessore produce evidentemente un campo di dispersione inferiore nel substrato di diamante, proponendo contemporaneamente una migliore modalità di confinamento all'interno della nanopiastrina MAPbI3. Hanno valutato la dissipazione del calore nei laser a nanopiastrine di perovskite sul substrato di diamante mediante variazioni di temperatura in condizioni di pompaggio ottico. Il laser presenta una bassa sensibilità alla temperatura dipendente dalla densità della pompa (~ 0.56 ± 0.01 K cm2 μJ−1) attraverso l'incorporazione del substrato di diamante. La sensibilità è di uno o due ordini di grandezza inferiore ai valori dei laser a nanofili di perovskite precedentemente riportati su substrati di vetro. Il substrato diamantato ad alta conduttività termica consente al laser a nanopiastrine di funzionare ad un'elevata densità di pompa. Lo studio potrebbe ispirare lo sviluppo di laser a perovskite azionati elettricamente. Questo lavoro è stato pubblicato su SCIENCE CHINA Materials (https://doi.org/10.1007/s40843-022-2355-6)
Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China (U21A20496, 61922060, 61775156, 61805172,12104334, 62174117 e 61905173), dal Programma chiave di ricerca e sviluppo della provincia di Shanxi (202102150101007), dall'Istituto Shanxi-Zheda di materiali avanzati e Programma di ingegneria chimica (2022SX-TD020), Fondazione di scienze naturali della provincia di Shanxi (20210302123154 e 20210302123169), progetto di ricerca sostenuto dallo Shanxi Scholarship Council of China (2021-033), progetto di ricerca sostenuto dallo Shanxi-Zheda Institute of Advanced Materials e ingegneria chimica (2021SX-FR008) e il progetto speciale sull'introduzione dei talenti della città di Lvliang (Rc2020206 e Rc2020207). Guohui Li riconosce anche il sostegno del China Scholarship Council (202006935009).
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Contatto esperto
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