中國科學院長春應用化學研究所和日本九州大學研究人員組成的國際合作團隊開發(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》。

　　在有機半導體器件中，正負電荷結(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。當前的研究已經(jīng)證實，阻礙有機半導體獲得連續(xù)激光輸出的因素主要是其固有的三重態(tài)激子特性，但對于準二維鈣鈦礦激光器，人們還沒有認識到三重態(tài)激子的影響。

　　準二維鈣鈦礦是一類將相同重復單元的無機骨架夾在有機層之間的材料。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1微秒，進而猜測其可能是導致激光消失的原因。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、中國科學院長春應用化學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。”

　　基于以上考慮，秦川江課題組聯(lián)合日本九州大學教授安達千波矢研究室，在準二維鈣鈦礦中引入了具有較低三重態(tài)能級的有機層，使鈣鈦礦中產(chǎn)生的長壽命激子可自發(fā)轉(zhuǎn)移至有機層，從而減少單重態(tài)激子能量損失，實現(xiàn)光激發(fā)下連續(xù)激光輸出。

　　科研團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，也可以實現(xiàn)連續(xù)激光輸出，進一步證明了三重態(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