中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所和日本九州大學(xué)研究人員組成的國際合作團(tuán)隊開發(fā)了一款鈣鈦礦的激光器。該激光器基于新型低成本半導(dǎo)體材料，突破了以往僅能在低溫下連續(xù)穩(wěn)定工作的瓶頸，率先實(shí)現(xiàn)了室溫下連續(xù)激光輸出。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然》。
　　在有機(jī)半導(dǎo)體器件中，正負(fù)電荷結(jié)合后，可先形成激子再釋放能量。激子通常分為單重態(tài)激子和三重態(tài)激子，其中三重態(tài)激子直接發(fā)光效率低。當(dāng)前的研究已經(jīng)證實(shí)，阻礙有機(jī)半導(dǎo)體獲得連續(xù)激光輸出的因素主要是其固有的三重態(tài)激子特性，但對于準(zhǔn)二維鈣鈦礦激光器，人們還沒有認(rèn)識到三重態(tài)激子的影響。
　　準(zhǔn)二維鈣鈦礦是一類將相同重復(fù)單元的無機(jī)骨架夾在有機(jī)層之間的材料。近期，科研人員發(fā)現(xiàn)這種材料中的三重態(tài)激子壽命長達(dá)1微秒，進(jìn)而猜測其可能是導(dǎo)致激光消失的原因。三重態(tài)激子雖然不發(fā)光，但能與發(fā)光的單重態(tài)激子相互作用，導(dǎo)致它們均以不發(fā)光的形式失去能量。論文第一作者、中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所研究員秦川江說：“如果鈣鈦礦中存在長壽命三重態(tài)激子，可能需要將其除去，以免干擾激光?！?br/>　　基于以上考慮，秦川江課題組聯(lián)合日本九州大學(xué)教授安達(dá)千波矢研究室，在準(zhǔn)二維鈣鈦礦中引入了具有較低三重態(tài)能級的有機(jī)層，使鈣鈦礦中產(chǎn)生的長壽命激子可自發(fā)轉(zhuǎn)移至有機(jī)層，從而減少單重態(tài)激子能量損失，實(shí)現(xiàn)光激發(fā)下連續(xù)激光輸出。
　　科研團(tuán)隊通過將鈣鈦礦激光器置于空氣中，使三重態(tài)激子被氧氣淬滅，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)激光輸出，進(jìn)一步證明了三重態(tài)激子是造成激光消失的原因之一。科研團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)，激光器在相對濕度為55%的空氣中連續(xù)工作1小時后，激光強(qiáng)度基本沒有變化，發(fā)射光譜也沒有移動。
　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2621-1
　?。ㄔd于《中國科學(xué)報》 2020-09-08 第1版 要聞）