Início > Press > Lasers de perovskita com dissipação de calor eficientes usando um substrato de diamante de alta condutividade térmica
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| A figura mostra o esquema do laser de modo de galeria sussurrante MAPbI3 bombeado opticamente (WGM) proposto, compreendendo uma nanoplaca MAPbI3 triangular, uma camada de lacuna de SiO2 e um substrato de diamante. CRÉDITO © Science China Press |
Abstrato:
Os lasers de perovskita alcançaram rapidamente progresso no desenvolvimento de laser excitado de onda contínua a partir de um laser excitado por pulso de femtosegundo, que é considerado um passo crítico em direção ao laser excitado eletricamente. Após o laser de onda contínua à temperatura ambiente, o próximo objetivo é realizar o laser acionado eletricamente. Em lasers de injeção elétrica disponíveis comercialmente, os tradicionais semicondutores de cristal único cultivados epitaxiais com grande condutividade térmica κ e alta mobilidade do portador de carga m geralmente exibem pequeno aquecimento resistivo sob grande fluxo de corrente. Embora as perovskitas possuam mobilidades de portadores de carga grandes e equilibradas, elas sofrem de pequenos valores de κ. A condutividade térmica do MAPbI3 é de 1-3 W m-1 K-1, que é inferior à do GaAs (50 W m-1 K-1). Conseqüentemente, o calor convertido da perda de energia através de vias não radiativas não pode ser efetivamente dissipado. Esta falha aumentará o limiar de laser à medida que os portadores ocupam uma faixa de energia mais ampla a uma temperatura mais alta, diluindo a inversão populacional de qualquer transição, juntamente com outros problemas, como degradação e defeitos induzidos pelo calor. O limiar de excitação elétrica mais baixo de um laser de perovskita de feedback distribuído (DFB) seria tão alto quanto 24 mA cm-2. Além disso, devido à injeção de alta corrente em arquiteturas convencionais de diodos emissores de luz de perovskita usadas para dispositivos a laser, a eficiência quântica externa seria significativamente restringida sob condições de injeção de alta corrente devido ao aquecimento Joule. Conseqüentemente, o gerenciamento de calor é um gargalo para o desenvolvimento de lasers acionados eletricamente baseados em perovskita.
Lasers de perovskita de dissipação de calor eficientes usando um substrato de diamante de alta condutividade térmica
Pequim, China | Postado em 14 de abril de 2023
Sob esta luz, um grupo de pesquisadores, incluindo o Prof. Guohui Li, o Prof. Shengwang Yu, o Prof. Yanxia Cui da Universidade de Tecnologia de Taiyuan e o Prof. dissipar com eficiência o calor gerado durante o bombeamento óptico. O laser demonstrado apresenta um fator Q de ~1962, um limite de laser de 52.19 μJ cm-2. O confinamento óptico rígido também é realizado pela introdução de uma fina camada de SiO2 entre as nanoplacas e o substrato de diamante. As distribuições de campo elétrico dentro das estruturas mostram que uma ampla lacuna de SiO2 de 200 nm de espessura produz evidentemente menos campo de vazamento no substrato de diamante, propondo simultaneamente um melhor modo de confinamento dentro das nanoplacas MAPbI3. Eles avaliaram a dissipação de calor em lasers de nanoplacas de perovskita no substrato de diamante por variações de temperatura sob condições de bombeamento óptico. O laser apresenta uma baixa sensibilidade à temperatura dependente da densidade da bomba (~0.56 ± 0.01 K cm2 μJ−1) através da incorporação do substrato de diamante. A sensibilidade é uma a duas ordens de grandeza inferior aos valores dos lasers de nanofios de perovskita relatados anteriormente em substratos de vidro. O substrato de diamante de alta condutividade térmica permite que o laser de nanoplacas opere em alta densidade de bomba. O estudo pode inspirar o desenvolvimento de lasers de perovskita acionados eletricamente. Este trabalho foi publicado em SCIENCE CHINA Materials (https://doi.org/10.1007/s40843-022-2355-6)
Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (U21A20496, 61922060, 61775156, 61805172,12104334, 62174117 e 61905173), o Programa Chave de Pesquisa e Desenvolvimento da Província de Shanxi (202102150101007), Instituto Shanxi-Zheda de Materiais Avançados e Programa de Engenharia Química (2022SX-TD020), a Fundação de Ciências Naturais da Província de Shanxi (20210302123154 e 20210302123169), o Projeto de Pesquisa Apoiado pelo Conselho de Bolsas de Estudo de Shanxi da China (2021-033), o Projeto de Pesquisa Apoiado pelo Instituto Shanxi-Zheda de Materiais Avançados e Engenharia Química (2021SX-FR008), e o Projeto Especial de Introdução de Talentos da cidade de Lvliang (Rc2020206 e Rc2020207). Guohui Li também reconhece o apoio do Conselho de Bolsas da China (202006935009).
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