Recientemente, un equipo dirigido por el profesor Di David, el investigador Zou Chen y el profesor Zhao Baodan de la Facultad de Ciencias e Ingeniería Ópticas/Colegio Internacional Conjunto de la Universidad de Zhejiang desarrolló el primer láser de perovskita impulsado eléctricamente del mundo. Este láser de "doble-cavidad" integra dos microcavidades ópticas, combinando una subunidad de microcavidad de cristal único-de perovskita de umbral bajo-con una subunidad LED de perovskita de microcavidad de alto-potencia en un solo dispositivo, formando una estructura multicapa apilada verticalmente.
Este nuevo tipo de láser semiconductor requiere una densidad de corriente mínima (corriente umbral) de 92 A/cm2 para emitir luz láser, que es un orden de magnitud menor que los mejores láseres semiconductores orgánicos. También demuestra una buena estabilidad y puede lograr una modulación rápida en un ancho de banda de 36,2 MHz, lo que lo hace prometedor para aplicaciones como-transmisión de datos en chip, informática y biomedicina. El artículo de investigación relacionado se publicó en Nature el 27 de agosto.
Existen varios tipos de láseres y, actualmente, los nuevos materiales láser, como los semiconductores de perovskita, los semiconductores orgánicos y los puntos cuánticos, muestran importantes ventajas. Entre estos materiales, los semiconductores de perovskita se destacan debido a sus espectros de emisión sintonizables (capaces de producir varios colores) y umbrales de emisión láser extremadamente bajos bajo bombeo óptico (es decir, condiciones impulsadas por la luz-), lo que los hace muy prometedores para aplicaciones tecnológicas.
Sin embargo, desarrollar un láser de perovskita impulsado eléctricamente ha sido el mayor desafío en el campo de la optoelectrónica de perovskita y un objetivo perseguido por numerosos equipos de investigación en todo el mundo.
"Para lograr una emisión láser impulsada eléctricamente, inventamos una estructura integrada de doble-cavidad. Nuestro enfoque implica integrar de forma compacta una subunidad LED de perovskita de microcavidad de alta-potencia con una subunidad de microcavidad de perovskita de cristal único-de alta-calidad- dentro del mismo dispositivo", explicó Di David, autor correspondiente del artículo. Este dispositivo acopla de manera eficiente una gran cantidad de fotones generados por el LED de perovskita de microcavidad excitada eléctricamente en la segunda microcavidad, excitando el medio de ganancia de perovskita monocristalino para producir luz láser. Este láser integrado consta de dos microcavidades ópticas con alta eficiencia de acoplamiento (82,7%). Bajo pulsos eléctricos, la subunidad LED de perovskita de microcavidad produce una densidad de potencia radiante máxima de aproximadamente 2,5 × 104mW/cm2, equivalente a un brillo ultra-alto de aproximadamente 2,0×105W/sr/m2. Esta potencia óptica se transfiere eficazmente a la microcavidad de perovskita monocristalina, lo que respalda la emisión láser.
"Este nuevo láser semiconductor ya ha demostrado un importante potencial tecnológico", señaló Di David. Bajo excitación eléctrica, el láser de perovskita tiene una corriente umbral de 92 A/cm2, que es un orden de magnitud inferior al de los mejores láseres orgánicos impulsados eléctricamente. Además, el láser de perovskita accionado eléctricamente exhibe una mejor reproducibilidad y estabilidad que los láseres orgánicos y puede lograr una modulación rápida en un ancho de banda de 36,2 MHz.
Los láseres de perovskita accionados eléctricamente se pueden utilizar en diversas aplicaciones, como la transmisión óptica de datos, y pueden servir como fuentes de luz coherente en chips fotónicos integrados y dispositivos portátiles. El equipo descubrió que el dispositivo se puede modular rápidamente mediante pulsos eléctricos en un ancho de banda de 36,2 MHz. Esta tasa de modulación se logra reduciendo el área efectiva del dispositivo para minimizar la resistencia-capacitancia (RC) constante y usando un sustrato de silicio para mejorar la disipación de calor.
Zhao Baodan dijo: "En el futuro, necesitaremos superar la limitación de la vida útil de la radiación espontánea a escala de nanosegundos-de la subunidad LED de perovskita de microcavidad para lograr un funcionamiento de alta velocidad-a nivel de GHz-del dispositivo".
"La transición de la actual arquitectura de 'bombeo integrado' a una estructura de diodo láser más simple será clave para futuras investigaciones, ya que permitirá aplicaciones optoelectrónicas más compactas y escalables", añadió Di David.