鈣鈦礦激光器可實(shí)現(xiàn)室溫連續(xù)激光輸出
中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所和日本九州大學(xué)研究人員組成的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一款鈣鈦礦的激光器。該激光器基于新型低成本半導(dǎo)體材料，突破了以往僅能在低溫下連續(xù)穩(wěn)定工作的瓶頸，率先實(shí)現(xiàn)了室溫下連續(xù)激光輸出。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然》。在有機(jī)半導(dǎo)體器件中，正負(fù)電荷結(jié)合后，可先形成激子再釋放能量。激子通常分為單重態(tài)
中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所和日本九州大學(xué)研究人員組成的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一款鈣鈦礦的激光器。該激光器基于新型低成本半導(dǎo)體材料，突破了以往僅能在低溫下連續(xù)穩(wěn)定工作的瓶頸，率先實(shí)現(xiàn)了室溫下連續(xù)激光輸出。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然》。
在有機(jī)半導(dǎo)體器件中，正負(fù)電荷結(jié)合后，可先形成激子再釋放能量。激子通常分為單重態(tài)激子和三重態(tài)激子，其中三重態(tài)激子直接發(fā)光效率低。當(dāng)前的研究已經(jīng)證實(shí)，阻礙有機(jī)半導(dǎo)體獲得連續(xù)激光輸出的因素主要是其固有的三重態(tài)激子特性，但對(duì)于準(zhǔn)二維鈣鈦礦激光器，人們還沒(méi)有認(rèn)識(shí)到三重態(tài)激子的影響。
準(zhǔn)二維鈣鈦礦是一類將相同重復(fù)單元的無(wú)機(jī)骨架夾在有機(jī)層之間的材料。近期，科研人員發(fā)現(xiàn)這種材料中的三重態(tài)激子壽命長(zhǎng)達(dá)1微秒，進(jìn)而猜測(cè)其可能是導(dǎo)致激光消失的原因。三重態(tài)激子雖然不發(fā)光，但能與發(fā)光的單重態(tài)激子相互作用，導(dǎo)致它們均以不發(fā)光的形式失去能量。論文第一作者、中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所研究員秦川江說(shuō)：“如果鈣鈦礦中存在長(zhǎng)壽命三重態(tài)激子，可能需要將其除去，以免干擾激光�！�
基于以上考慮，秦川江課題組聯(lián)合日本九州大學(xué)教授安達(dá)千波矢研究室，在準(zhǔn)二維鈣鈦礦中引入了具有較低三重態(tài)能級(jí)的有機(jī)層，使鈣鈦礦中產(chǎn)生的長(zhǎng)壽命激子可自發(fā)轉(zhuǎn)移至有機(jī)層，從而減少單重態(tài)激子能量損失，實(shí)現(xiàn)光激發(fā)下連續(xù)激光輸出。
科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)將鈣鈦礦激光器置于空氣中，使三重態(tài)激子被氧氣淬滅，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)激光輸出，進(jìn)一步證明了三重態(tài)激子是造成激光消失的原因之一。科研團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，激光器在相對(duì)濕度為55%的空氣中連續(xù)工作1小時(shí)后，激光強(qiáng)度基本沒(méi)有變化，發(fā)射光譜也沒(méi)有移動(dòng)。
作者：沈春蕾 來(lái)源：科學(xué)日?qǐng)?bào) 責(zé)任編輯：jianping
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