我國(guó)科研人員在大面積高光學(xué)增益的CsPbBr3單晶薄膜激光器陣列研究中取得進(jìn)展
鉛鹵鈣鈦礦材料具有較高的光吸收系數(shù)、載流子遷移率、電荷擴(kuò)散長(zhǎng)度，及較低的缺陷態(tài)濃度等優(yōu)異的光電性質(zhì)，可用于激光器，發(fā)光二極管和光電探測(cè)器等。其中，通過溶液旋涂法制備的鈣鈦礦薄膜被廣泛應(yīng)用于各類光電器件。然而，薄膜鈣鈦礦存在高密度的晶界，導(dǎo)致較高的缺陷態(tài)密度，引起更多的無輻射復(fù)合并影響載流子壽命，從而導(dǎo)致器件性能變差。單晶鈣鈦礦相比于多晶鈣鈦礦具有更少的缺陷濃度，更大的載流子遷移率，可以進(jìn)一步提高器件性能。目前，大面積且具有高光學(xué)增益的單晶鈣鈦礦薄膜的制備仍然存在挑戰(zhàn)。 t goOzk^
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近日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心研究員劉新風(fēng)與北京大學(xué)教授胡小永及張青課題組合作，實(shí)現(xiàn)了在c面藍(lán)寶石襯底上制備大面積CsPbBr3單晶薄膜。相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Nano上。 2r;^OWwr?
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該研究通過調(diào)控氣相外延生長(zhǎng)溫度和底物濃度實(shí)現(xiàn)了大面積CsPbBr3單晶薄膜的生長(zhǎng)。其形貌和結(jié)構(gòu)表征（圖1）表明該薄膜具有高的結(jié)晶質(zhì)量和低的缺陷密度。研究分析了該單晶薄膜的光學(xué)增益性能，其自發(fā)放大輻射閾值為8 μJ cm-2；光學(xué)增益系數(shù)最大可達(dá)1255±160 cm-1。進(jìn)一步利用聚焦離子束（focused ion beam, FIB）刻蝕技術(shù)將CsPbBr3單晶薄膜加工成微米盤陣列，實(shí)現(xiàn)了該陣列的激射現(xiàn)象（圖2），其激射閾值僅為1.6 μJ cm-2。這些優(yōu)異的性能預(yù)示著CsPbBr3單晶薄膜未來在光學(xué)集成中有廣泛的應(yīng)用前景。 &* GwA
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圖1.CsPbBr3單晶薄膜的生長(zhǎng)機(jī)制，形貌和結(jié)構(gòu)表征圖 7LMad%
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圖2.FIB CsPbBr3微米盤陣列的激射性質(zhì) 6!P];3&o\A
國(guó)家納米中心聯(lián)合培養(yǎng)碩士生鐘陽光為論文第一作者，劉新風(fēng)、胡小永和張青為論文的共同通訊作者。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和低維量子物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題等的支持。 v\7k
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c06380
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