Recentment, un equip dirigit pel professor Di David, l'investigador Zou Chen i el professor Zhao Baodan del Col·legi de Ciència i Enginyeria Òptica/International Joint College de la Universitat de Zhejiang va desenvolupar el primer làser de perovskita accionat elèctricament del món. Aquest làser de "-cavitat dual" integra dues microcavitats òptiques, combinant una subunitat de microcavitat de cristall-de perovskita de llindar baix-amb una subunitat de LED de perovskita de microcavitat de gran-potència en un únic dispositiu, formant una estructura multicapa apilada verticalment.
Aquest nou tipus de làser semiconductor requereix una densitat de corrent mínima (corrent llindar) de 92 A/cm2 per emetre llum làser, que és un ordre de magnitud inferior als millors làsers de semiconductors orgànics. També demostra una bona estabilitat i pot aconseguir una modulació ràpida a una amplada de banda de 36,2 MHz, cosa que el fa prometedor per a aplicacions com ara la transmissió de dades en-xip, la informàtica i la biomedicina. El document de recerca relacionat es va publicar a Nature el 27 d'agost.
Hi ha diversos tipus de làsers, i actualment, els nous materials làser com els semiconductors de perovskita, els semiconductors orgànics i els punts quàntics mostren avantatges importants. Entre aquests materials, els semiconductors de perovskita destaquen pels seus espectres d'emissió ajustables (capaços de produir diversos colors) i els llindars d'emissió làser extremadament baixos sota bombament òptic (és a dir, condicions impulsades per la llum-), cosa que els fa molt prometedors per a aplicacions tecnològiques.
No obstant això, el desenvolupament d'un làser de perovskita accionat elèctricament ha estat el major repte en el camp de l'optoelectrònica de perovskita i un objectiu perseguit per nombrosos equips d'investigació a tot el món.
"Per aconseguir una emissió làser impulsada elèctricament, vam inventar una estructura integrada de doble-cavitat. El nostre enfocament consisteix a integrar de manera compacta una subunitat LED de perovskita de microcavitat-d'alta potència amb una subunitat de microcavitat de perovskita de cristall d'alta-qualitat-dins del mateix dispositiu", va explicar Di David, l'autor corresponent del document. Aquest dispositiu acobla de manera eficient un gran nombre de fotons generats pel LED de perovskita de microcavitat excitat elèctricament a la segona microcavitat, excitant el mitjà de guany de perovskita d'un sol -cristall per produir llum làser. Aquest làser integrat consta de dues microcavitats òptiques amb una alta eficiència d'acoblament (82,7%). Sota polsos elèctrics, la subunitat LED de perovskita de microcavitat produeix una densitat de potència radiant màxima d'aproximadament 2,5 × 104mW/cm2, equivalent a una brillantor ultra-d'uns 2,0×105W/sr/m2. Aquesta potència òptica es transfereix de manera efectiva a la microcavitat de perovskita d'un sol-cristall, que admet l'emissió làser.
"Aquest nou làser semiconductor ja ha demostrat un potencial tecnològic important", va assenyalar Di David. Sota excitació elèctrica, el làser de perovskita té un corrent llindar de 92 A/cm2, que és un ordre de magnitud inferior als millors làsers orgànics accionats elèctricament. A més, el làser de perovskita accionat elèctricament presenta una millor reproductibilitat i estabilitat que els làsers orgànics i pot aconseguir una modulació ràpida a una amplada de banda de 36,2 MHz.
Els làsers de perovskita accionats elèctricament es poden utilitzar en diverses aplicacions, com ara la transmissió de dades òptiques, i poden servir com a fonts de llum coherents en xips fotònics integrats i dispositius portàtils. L'equip va trobar que el dispositiu es pot modular ràpidament mitjançant polsos elèctrics a una amplada de banda de 36,2 MHz. Aquesta taxa de modulació s'aconsegueix reduint l'àrea efectiva del dispositiu per minimitzar la constant de resistència-capacitat (RC) i utilitzant un substrat de silici per millorar la dissipació de calor.
Zhao Baodan va dir: "En el futur, haurem de superar la limitació de la vida útil de la radiació espontània a escala de nanosegons-de la subunitat LED de perovskita de microcavitat per aconseguir un funcionament d'alta velocitat-GH-nivell de GHz del dispositiu".
"La transició de l'arquitectura actual de 'bombament integrat' a una estructura de díode làser més senzilla serà clau per a futures investigacions, ja que permetrà aplicacions optoelectròniques més compactes i escalables", va afegir Di David.