Durante anos, os engenheiros procuraram maneiras melhores de criar lasers pequenos e eficientes que podem ser integrados diretamente aos chips de silício, um passo essencial em direção a comunicações e computação ópticos mais rápidos e capazes. Os lasers comerciais de hoje são feitos principalmente de semicondutores III-V cultivados em substratos especializados-um processo que os torna difíceis e caros de combinar com a tecnologia de silício convencional. Os filmes de perovskita totalmente inorgânicos emergiram como uma alternativa promissora porque podem ser produzidos de forma barata, trabalhar com muitos tipos de substrato e oferecer fortes propriedades ópticas. Mas um grande obstáculo ficou no caminho: à temperatura ambiente, tem sido difícil conseguir que os lasers de perovskite corram em modos contínuos ou quase contínuos, sem perder rapidamente suas transportadoras de carga para um efeito conhecido como recombinação de traseiro.
Uma equipe de pesquisa da Universidade de Zhejiang agora demonstrou um método simples para superar esse problema, levando a um desempenho recorde para lasers de perovskita sob operação quase contínua. Conforme relatado em Fotônica avançadasua abordagem usa um aditivo volátil de amônio durante o processo de recozimento de filmes de perovskita policristalina. Esse aditivo desencadeia uma “reconstrução de fase” que take away as fases de baixa dimensão indesejada, reduzindo canais que aceleram a recombinação do trado. O resultado é uma estrutura 3D pura que preserva melhor os portadores de carga necessários para a lasagem, sem adicionar perda óptica significativa.
Para entender a melhoria, a equipe analisou como os elétrons e os orifícios se recombinam sob diferentes condições de bombeamento. A recombinação do trado-onde a energia de um par de elétrons de elétrons é dada a outro transportador em vez de emitido como luz-se torna especialmente problemático quando a luz de entrada é entregue em pulsos mais longos ou vigas contínuas. Nessas situações, a injeção de transportadora ocorre em uma escala de tempo semelhante ou mais que a vida útil do trado, levando a uma rápida perda de portadora e impedindo o acúmulo de inversão populacional necessária para a laser. Ao suprimir esse processo, os pesquisadores foram capazes de sustentar as densidades da transportadora necessárias para uma emissão estimulada eficiente.
Com seus filmes otimizados, a equipe construiu um laser emissor de superfície de cavidade vertical de modo único (VCSEL) que alcançou um limite de lasagem baixo de 17,3 μJ/cm² e um impressionante fator de qualidade de 3850 sob bombeamento de nanossegundos quase contínuo. Esse desempenho marca o melhor relatado até o momento para um laser perovskita neste regime.
Os resultados apontam para uma rota prática para fazer lasers de perovskita de alto desempenho que poderiam funcionar sob verdadeiros condições de onda contínua ou acionadas eletricamente-marcos importantes para sua integração em futuros chips fotônicos e dispositivos optoeletrônicos potencialmente flexíveis ou vestíveis.
