Kürzlich entwickelte das Team von Professor David Di von der School of Optoelectronic Science and Engineering der Zhejiang University/Haining International Joint College, dem Forscher Zou Chen und Professor Zhao Baodan den weltweit ersten elektrisch betriebenen Perowskit-Laser. Dabei handelt es sich um einen „Dual-cavity“-Laser, der zwei optische Mikrokavitäten enthält. Es integriert eine Perowskit-Einzelkristall-Mikrokavitäts-Untereinheit mit niedrigem-Schwellenwert und eine leistungsstarke Mikrokavitäts-Perowskit-LED-Untereinheit in demselben Gerät und bildet so eine vertikal gestapelte Mehrschichtstruktur.
Dieser neuartige Halbleiterlaser benötigt zur Emission von Licht einen Mindeststrom (Schwellenstrom) von 92 A/cm², was eine Größenordnung niedriger ist als der der besten organischen Halbleiterlaser. Es weist außerdem eine ausgezeichnete Stabilität auf und ermöglicht eine schnelle Modulation bei einer Bandbreite von 36,2 MHz, was es zu einem vielversprechenden Kandidaten für Anwendungen in der On-Chip-Datenübertragung, der Datenverarbeitung und der Biomedizin macht. Die Forschungsarbeit wurde am 27. August in *Nature* veröffentlicht.
Es gibt zahlreiche Arten von Lasern, und derzeit zeigen neuartige Lasermaterialien wie Perowskit-Halbleiter, organische Halbleiter und Quantenpunkte erhebliche Vorteile. Unter diesen Materialien sind Perowskit-Halbleiter aufgrund ihrer einstellbaren Emissionsspektren (die zur Erzeugung verschiedener Farben geeignet sind) und der extrem niedrigen Laseremissionsschwellen unter optischen Pumpbedingungen (d. h. lichtgesteuerten Bedingungen) außerordentlich technisch vielversprechend.
Die Entwicklung elektrisch angetriebener Perowskit-Laser stellt jedoch seit langem die größte Herausforderung auf dem Gebiet der Perowskit-Optoelektronik dar und bleibt ein gemeinsames Ziel zahlreicher Forschungsteams weltweit.
„Um eine elektrisch angetriebene Laseremission zu erreichen, haben wir eine integrierte Dual-{0}}Hohlraumstruktur erfunden. Unser Ansatz beinhaltet die kompakte Integration einer Hochleistungs-Mikrokavitäts-Perowskit-LED-Untereinheit mit einer hochwertigen Einzelkristall-Perowskit-Mikrokavitäts-Untereinheit in einem einzigen Gerät“, erklärte David Di, der korrespondierende Autor des Artikels. Dieses Gerät koppelt die große Anzahl von Photonen, die von der Mikrokavitäts-Perowskit-LED unter elektrischer Anregung erzeugt werden, effizient in eine zweite Mikrokavität, wo sie das einkristalline Perowskit-Verstärkungsmedium anregen, um Laserlicht zu erzeugen.
„Obwohl das Prinzip des integrierten elektro-angetriebenen Betriebs an sich nicht komplex ist, standen wir dennoch vor zahlreichen Herausforderungen, als wir mit der Herstellung des Lasers begannen“, sagte Zou Chen, ein korrespondierender Autor des Artikels. Als das Team jedes Hindernis einzeln überwand, stieg eine unbeschreibliche Freude und Aufregung auf, als es das lang erwartete Laserspektrum zum ersten Mal unter elektrischem Antrieb beobachtete.
