世界上最高效的纳米线激光器

2016-06-24 08:56

　　钙钛矿材料具有成本低，工艺简单，效率高的优点，是太阳能电池板研究常用的材料。现在，研究人员证明了由铅卤化物钙钛矿制备的纳米线激光器是已知的最高效的激光器。

　　纳米线的拓扑图像（左插入）。常温下，两种不同的卤化物纳米线激光发射图像、碘（红色中心）和溴（绿色在右边）

　　高效的纳米线激光器有利于光纤通信，污染分析和其他应用。其挑战在于找到适合的材料。这些超紧凑的纳米线有卓越的发光能力，波长可调，并比较容易合成。这些钙钛矿结构纳米线可以与高效的太阳能电池材料相媲美。

　　半导体纳米线激光器，由于其超紧凑的物理结构，高相干输出和高效率，是集成纳米级光子和光电器件的优选组件。而且激发只需要一个较小阈值，低于阀值只有少量光发出。

　　在纳米线激光器技术中，高的"激光阈值"不仅使得关键技术进步困难，还会限制激光性能导致其他能量损失的发生。为了寻找理想的纳米线激光材料，哥伦比亚大学和威斯康星大学麦迪逊分校的研究者研究了一种新材料，甲基铵铅卤化物钙钛矿（CH₃NH₃PbX₃），这是一种新兴的高效太阳能电池的主要材料，成本低、工艺简单、而且效率高。

　　铅卤钙钛矿在太阳能电池中的卓越性能归功于其长的载流子寿命和低非辐射复合率，这些性质也是制备半导体激光器的理想特性。

　　在常温下，这些纳米线激光器具有最低的激光阈值和接近100%的激光效率（发射和吸收的光子数的比例，每吸收一个光子就可以释放出一个激光光子），激光波长可调范围覆盖了近红外到可见光的特点。

　　具体来说，激光发射从近红外到蓝光是随着卤化物（X = I、Br、Cl）在纳米线上原子序数的减少引起的。这些纳米线可以推动纳米光子学和光电子器件的应用。特别是在近红外区域的激光，可以更好的应用于光纤通信。