Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Phương pháp mới giúp laser perovskite đạt hiệu suất kỷ lục (29/09/2025)

Trong nhiều năm, các kỹ sư đã tìm kiếm những phương pháp tốt hơn để chế tạo các laser nhỏ, hiệu quả có thể được tích hợp trực tiếp lên các chip silicon. Đây là một bước tiến quan trọng hướng tới việc tạo ra các thiết bị truyền thông quang học và máy tính nhanh hơn, mạnh mẽ hơn.

Các laser thương mại hiện nay chủ yếu được làm từ chất bán dẫn III-V được nuôi cấy trên các đế chuyên dụng, một quy trình khiến chúng khó và tốn kém khi kết hợp với công nghệ silicon phổ thông. Màng perovskite vô cơ hoàn toàn đã nổi lên như một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn vì chúng có thể được sản xuất với chi phí thấp, tương thích với nhiều loại đế khác nhau và có các đặc tính quang học mạnh mẽ.

Tuy nhiên, một trở ngại lớn đã cản trở: ở nhiệt độ phòng, rất khó để các laser perovskite hoạt động ở chế độ liên tục hoặc gần liên tục mà không nhanh chóng mất các hạt tải điện do một hiệu ứng gọi là tái hợp Auger.

Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Chiết Giang hiện đã chứng minh một phương pháp đơn giản để khắc phục vấn đề này, giúp các laser perovskite đạt hiệu suất kỷ lục trong điều kiện hoạt động gần liên tục.

Theo báo cáo trên tạp chí Advanced Photonics, phương pháp của họ sử dụng một phụ gia amoni dễ bay hơi trong quá trình ủ các màng perovskite đa tinh thể. Phụ gia này kích hoạt một quá trình "tái cấu trúc pha" giúp loại bỏ các pha có kích thước thấp không mong muốn, từ đó giảm các kênh tăng tốc quá trình tái hợp Auger. Kết quả là một cấu trúc 3D tinh khiết hơn, bảo toàn các hạt tải điện cần thiết cho quá trình phát laser tốt hơn, mà không làm tăng đáng kể tổn thất quang học.

Để hiểu rõ hơn về sự cải tiến này, nhóm nghiên cứu đã phân tích cách các electron và lỗ trống tái hợp trong các điều kiện bơm khác nhau. Tái hợp Auger—khi năng lượng từ một cặp electron-lỗ trống tái hợp được truyền cho một hạt tải điện khác thay vì phát ra dưới dạng ánh sáng—trở nên đặc biệt nan giải khi ánh sáng đầu vào được cung cấp dưới dạng các xung dài hơn hoặc chùm tia liên tục.

Trong những trường hợp đó, việc bơm hạt tải điện xảy ra trên một thang thời gian tương đương hoặc dài hơn tuổi thọ Auger, dẫn đến việc mất hạt tải điện nhanh chóng và ngăn cản sự tích tụ nghịch đảo mật độ dân số cần thiết để phát laser. Bằng cách ức chế quá trình này, các nhà nghiên cứu đã có thể duy trì mật độ hạt tải điện cần thiết cho quá trình phát xạ kích thích hiệu quả.

Với các màng được tối ưu hóa, nhóm nghiên cứu đã chế tạo một laser phát xạ bề mặt khoang thẳng đứng đơn mode (VCSEL) đạt ngưỡng phát laser thấp 17,3 μJ/cm² và hệ số chất lượng ấn tượng 3850 dưới chế độ bơm nanosecond gần liên tục. Hiệu suất này đánh dấu mức tốt nhất được ghi nhận cho một laser perovskite trong chế độ hoạt động này cho đến nay.

Kết quả này mở ra một con đường thực tiễn để chế tạo các laser perovskite hiệu suất cao, có thể hoạt động dưới điều kiện sóng liên tục thực sự hoặc được điều khiển bằng điện - những cột mốc quan trọng cho việc tích hợp chúng vào các chip quang tử trong tương lai và có thể là các thiết bị quang điện tử linh hoạt hoặc thiết bị đeo được./.

P.T.T (NASTIS), theo https://phys.org/news/2025-08-simple-additive-method-perovskite-laser.html#google_vignette, 21/8/2025

Ngày cập nhật: 22/09/2025

https://www.vista.gov.vn/vi/news/khoa-hoc-ky-thuat-va-cong-nghe/phuong-phap-moi-giup-laser-perovskite-dat-hieu-suat-ky-luc-11957.html