钙钛矿激光器可实现室温连续激光输出

沈春蕾 来源:科学日报 编辑:jianping 钙钛矿激光器
中国科学院长春应用化学研究所和日本九州大学研究人员组成的国际合作团队开发了一款钙钛矿的激光器。该激光器基于新型低成本半导体材料,突破了以往仅能在低温下连续稳定工作的瓶颈,率先实现了室温下连续激光输出。相关研究成果近日发表于《自然》。

在有机半导体器件中,正负电荷结合后,可先形成激子再释放能量。激子通常分为单重态激子和三重态激子,其中三重态激子直接发光效率低。当前的研究已经证实,阻碍有机半导体获得连续激光输出的因素主要是其固有的三重态激子特性,但对于准二维钙钛矿激光器,人们还没有认识到三重态激子的影响。

准二维钙钛矿是一类将相同重复单元的无机骨架夹在有机层之间的材料。近期,科研人员发现这种材料中的三重态激子寿命长达1微秒,进而猜测其可能是导致激光消失的原因。三重态激子虽然不发光,但能与发光的单重态激子相互作用,导致它们均以不发光的形式失去能量。论文第一作者、中国科学院长春应用化学研究所研究员秦川江说:“如果钙钛矿中存在长寿命三重态激子,可能需要将其除去,以免干扰激光。”

基于以上考虑,秦川江课题组联合日本九州大学教授安达千波矢研究室,在准二维钙钛矿中引入了具有较低三重态能级的有机层,使钙钛矿中产生的长寿命激子可自发转移至有机层,从而减少单重态激子能量损失,实现光激发下连续激光输出。

科研团队通过将钙钛矿激光器置于空气中,使三重态激子被氧气淬灭,也可以实现连续激光输出,进一步证明了三重态激子是造成激光消失的原因之一。科研团队还发现,激光器在相对湿度为55%的空气中连续工作1小时后,激光强度基本没有变化,发射光谱也没有移动。
0