Nikolas Posunko, Skolkovo Elm və Texnologiya İnstitutu

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Perovskit əsaslı polyariton lazer diodunun arxitekturası: CsPbBr ₃ perovskit materialının formuludur və (b)-də onun səthindəki “qabarcıq”, polyariton kondensasiyasının və lazerləşmənin baş verdiyi fiziki qüsurun yeridir. Mənbə: Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10824-w

Yarımkeçiricilər fizikası və optoelektronika sahəsində uzun müddətdir davam edən bir problemi həll edən VEB.RF qrupu institutu olan Skoltech-dən bir qrup tədqiqatçı və onların ITMO Universitetindən və HSE Universitetindən olan həmkarları ilk dəfə olaraq məhlulla işlənmiş halid perovskit mikrokristalına əsaslanan polyariton lazerinin birbaşa elektrik nasosla vurulmasını nümayiş etdiriblər. Nature jurnalında dərc olunan bu onilliklər boyu davam edən texnoloji problemin həlli, davamlı elektrik cərəyanı altında işləyən ucuz pitaksial olmayan lazer diodlarını təqdim edir. Bunlar optik sensor və spektroskopiyada, yüksək sürətli hesablamalarda və enerjiyə qənaət edən neyromorfik hesablamalarda istifadə edilə bilər.

Məhlul ilə işlənmiş yarımkeçiricilərdə birbaşa elektrik inyeksiyası

Üzvi materiallar, kvant nöqtələri və metal halid perovskitləri də daxil olmaqla, məhlul ilə işlənmiş yarımkeçiricilər mürəkkəb epitaksial şəkildə yetişdirilən kristallara ucuz alternativ təqdim edir. Lakin, bu materiallardan elektriklə işləyən lazer diodlarının yaradılması olduqca çətin olaraq qalır. Yüksək cərəyan sıxlığı altında ənənəvi işıq yayan diod arxitekturaları materialın parçalanmasına səbəb olan güclü istilik yığılmasından əziyyət çəkir.

Bu maneələri dəf etmək üçün Skoltech-in rəhbərlik etdiyi tədqiqat qrupu eksiton-polyaritonların unikal fizikasından — optik mikroboşluq daxilində işıq (fotonlar) və bağlı elektron-dəlik cütləri (eksitonlar) arasında güclü birləşmədən yaranan hibrid kvazipartiküllərdən — istifadə etmişdir. Bozon təbiətinə görə, polyaritonlar tək bir makroskopik kvant vəziyyətinə — Bose-Einstein kondensatına — çökə və ənənəvi yarımkeçirici lazerlərə nisbətən xeyli aşağı enerji və yük sıxlığında koherent lazer işığı yaya bilər.

Tədqiqatçılar yüksək dəqiqlikli optik mikroboşluğun içərisinə məhlul yetişdirilmiş perovskit mikroplitəsini nazik təbəqəli tək divarlı karbon nanotüp elektrodları ilə birləşdirdilər. Xüsusi iki mərhələli kriosoyutma protokolunu tətbiq etməklə, komanda sabit, donmuş pin qovşağı diodu yaratmaq üçün mobil ionların fəza yenidən paylanmasını idarə etdi.

Bu donmuş pin diodu, perovskit kristal qəfəsini məhv etmədən səmərəli yükdaşıyıcı inyeksiyasını təmin etdi. Davamlı birbaşa elektrik cərəyanı altında cihaz 60 mikroamperlik aşağı eşik cərəyanında şəffaf polyariton nümayiş etdirdi.

Tədqiqatın aparıcı müəllifi, Skoltech Photonics şirkətinin dosenti Anatoli Puşkarev deyir: “Məhlul ilə işlənmiş materiallarda birbaşa elektrik nasosu altında lazerləmə əldə etmək 60 ildir ki, yarımkeçirici optoelektronikanın əsas məqsədlərindən biri olub”.

“Kimyəvi cəhətdən inert karbon nanotube elektrodlarını və perovskit qəfəsinin mobil halid boşluqlarını birləşdirərək, perovskit-elektrod sərhədində istənməyən reaksiyaların qarşısını almaq və istilik darlığını aradan qaldırmaq üçün əlverişli bir yol yaratdıq. Cihazımızda daşıyıcı inyeksiyası, karbon nanotube dəstəsinin ucuna yaxın yaratdığımız fiziki qüsurda yüksək dərəcədə lokallaşdırılmış elektrolüminesans mərkəzi yaradır.”

Məqalənin müəllifi, Skoltech Photonics şirkətinin baş tədqiqatçısı Stepan Barışev əlavə edir ki, “Bu fiziki qüsur sərbəst eksiton-polyaritonlar üçün cəlbedici potensial yaradır və tələyə düşmüş polyaritonlar yaradır. Biz tələyə düşmüş eksiton-polyariton kondensasiyasının üç əlamətini, yəni emissiya intensivliyinin qeyri-xətti artması, spektral xətt eninin daralması və lazer emissiyasının eşik cərəyanının üzərində mavi yerdəyişməsini aydın şəkildə müşahidə etdik.”

Növbəti nəsil fotonik texnologiyalarının transformasiyası

Mürəkkəb və yüksək qiymətli epitaksial böyümə texnikaları tələb edən ənənəvi yarımkeçirici lazer diodlarından fərqli olaraq, məhlul ilə işlənmiş perovskit mikroboşluqları sadə kimya yolu ilə istehsal edilə bilər. Bundan əlavə, polyariton lazerləri Mott keçid həddindən çox aşağı həyəcan sıxlığında işləyir və enerji istehlakını və istilik istehsalını minimuma endirir.

İşıq maddəsi kondensatlarını elektrik cərəyanı ilə birbaşa idarə etmək qabiliyyəti birdən çox sahədə real tətbiqlər üçün konkret imkanlar açır. Bu elektriklə işləyən qurğular yüksək sürətli hesablamalar üçün aşağı güclü inteqrasiya olunmuş optik qarşılıqlı əlaqə kimi xidmət edə, optik sensor və spektroskopiya üçün kompakt çipdəki koherent işıq mənbələri kimi fəaliyyət göstərə və enerjiyə qənaət edən polyariton əsaslı neyromorfik hesablama və optik məntiq sxemlərini təmin edə bilər.

Tədqiqatın əsas tədqiqatçısı və Skoltech Photonics şirkətinin Hibrid Fotonika Laboratoriyasının rəhbəri, hörmətli professor Pavlos Lagoudakis qeyd edir ki, “Bu iş məhlullarla işlənmiş, elektriklə idarə olunan koherent işıq mənbələrinin yeni bir sinfinin mühəndisliyi üçün bir plan təqdim edir.” “Bu, fundamental polyariton fizikasını praktik optoelektron cihaz mühəndisliyi ilə əlaqələndirir və polyariton lazerlərinin real həyatda tətbiqinə yol açır.”

Nəşr detalları

Anatoli P. Puşkarev və digərləri, Birbaşa cərəyan altında işləyən qeyri-epitaksial perovskit polyariton lazer diodu, Təbiət (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10824-w

Jurnal məlumatı: Təbiət 

Əsas anlayışlar

Elektrik xüsusiyyətləriOptika və lazerlərKvazipartiküllər və kollektiv həyəcanlarKristal sistemlərQovşaqlarLazer sistemləriYarımkeçiricilərSpektroskopiya

Skolkovo Elm və Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilir Bu hekayənin arxasında kim dayanır?

Lisa Lock

İncəsənət tarixi bakalavr, maddi mədəniyyət magistri. Keçmiş muzey redaktoru, paramedik və transplantasiya koordinatoru. 2021-ci ildən Science X üçün redaktorluq edir. Tam profil →

Robert Egan

Riyazi biologiya üzrə bakalavr, yaradıcı yazı üzrə magistr dərəcəsi. Elm və dilə dair unikal perspektivləri olan çox səyahət etmişəm. Tam profil →

Daha ətraflı araşdırın

Alimlər ikili boşluqlu dizayndan istifadə edərək elektriklə idarə olunan perovskit lazerinə nail oldular