Recentemente, uma equipe liderada pelo professor Di David, pelo pesquisador Zou Chen e pelo professor Zhao Baodan da Faculdade de Ciência e Engenharia Óptica/International Joint College da Universidade de Zhejiang desenvolveu o primeiro laser de perovskita acionado eletricamente do mundo. Este laser de "cavidade dupla" integra duas microcavidades ópticas, combinando uma subunidade de microcavidade de cristal único-de perovskita de baixo limiar com uma subunidade de LED de perovskita de microcavidade de alta potência-em um único dispositivo, formando uma estrutura multicamadas empilhada verticalmente.
Este novo tipo de laser semicondutor requer uma densidade de corrente mínima (corrente limite) de 92 A/cm2 emitir luz laser, que é uma ordem de grandeza inferior à dos melhores lasers semicondutores orgânicos. Ele também demonstra boa estabilidade e pode atingir modulação rápida em uma largura de banda de 36,2 MHz, o que o torna promissor para aplicações como transmissão de dados no-chip, computação e biomedicina. O artigo de pesquisa relacionado foi publicado na Nature em 27 de agosto.
Existem vários tipos de lasers e, atualmente, novos materiais de laser, como semicondutores de perovskita, semicondutores orgânicos e pontos quânticos, apresentam vantagens significativas. Entre esses materiais, os semicondutores de perovskita se destacam devido aos seus espectros de emissão sintonizáveis (capazes de produzir várias cores) e limiares de emissão de laser extremamente baixos sob bombeamento óptico (isto é, condições conduzidas pela luz), tornando-os altamente promissores para aplicações tecnológicas.
No entanto, o desenvolvimento de um laser de perovskita acionado eletricamente tem sido o maior desafio no campo da optoeletrônica da perovskita e um objetivo perseguido por inúmeras equipes de pesquisa em todo o mundo.
"Para obter emissão de laser acionada eletricamente, inventamos uma estrutura integrada de-cavidade dupla. Nossa abordagem envolve a integração compacta de uma subunidade de LED de perovskita de microcavidade de alta-potência com uma subunidade de microcavidade de perovskita de cristal único-de alta-qualidade dentro do mesmo dispositivo", explicou Di David, autor correspondente do artigo. Este dispositivo acopla eficientemente um grande número de fótons gerados pelo LED de perovskita de microcavidade eletricamente excitado na segunda microcavidade, excitando o meio de ganho de perovskita de cristal único para produzir luz laser. Este laser integrado consiste em duas microcavidades ópticas com alta eficiência de acoplamento (82,7%). Sob pulsos elétricos, a subunidade LED de perovskita microcavitária produz uma densidade de potência radiante de pico de aproximadamente 2,5×104mW/cm2, equivalente a um brilho ultra-alto de cerca de 2,0×105C/sr/m2. Essa potência óptica é efetivamente transferida para a microcavidade de perovskita de cristal único, suportando a emissão de laser.
“Este novo laser semicondutor já demonstrou um potencial tecnológico significativo”, observou Di David. Sob excitação elétrica, o laser de perovskita tem uma corrente limite de 92 A/cm2, que é uma ordem de magnitude inferior aos melhores lasers orgânicos acionados eletricamente. Além disso, o laser de perovskita acionado eletricamente apresenta melhor reprodutibilidade e estabilidade do que os lasers orgânicos e pode atingir modulação rápida a uma largura de banda de 36,2 MHz.
Lasers de perovskita acionados eletricamente podem ser usados em diversas aplicações, como transmissão óptica de dados, e podem servir como fontes de luz coerentes em chips fotônicos integrados e dispositivos vestíveis. A equipe descobriu que o dispositivo pode ser modulado rapidamente por meio de pulsos elétricos com largura de banda de 36,2 MHz. Essa taxa de modulação é obtida reduzindo a área efetiva do dispositivo para minimizar a constante de resistência-capacitância (RC) e usando um substrato de silício para melhorar a dissipação de calor.
Zhao Baodan disse: "No futuro, precisaremos superar a limitação do tempo de vida da radiação espontânea em escala de nanossegundos da subunidade de LED de perovskita de microcavidades para atingir a operação do dispositivo em -alta velocidade-de nível de GHz".
"A transição da atual arquitetura de 'bombeamento integrado' para uma estrutura de diodo laser mais simples será fundamental para pesquisas futuras, pois permitirá aplicações optoeletrônicas mais compactas e escaláveis", acrescentou Di David.