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超强激光科学卓越创新简报

(第二百九十二期)

2022年7月22日

上海光机所在调控准二维钙钛矿中的能量转移增强光放大方面取得进展

　　近日，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室与华中科技大学合作，通过对准二维钙钛矿相分布的调控，促进能量转移过程，从而改善增益性能，实现更低阈值的放大自发辐射。相关成果以“Enhanced Amplified Spontaneous Emission in Quasi-2D Perovskite by Facilitating Energy Transfer”为题发表于《化学·应用材料与表面》（ACS Applied Materials & Interfaces）。

　　具有天然量子阱结构的准二维钙钛矿由于其优越的环境稳定性和增强的光子限制能力，作为增益介质，在实现低成本小型化激光器方面具有突出的潜力。然而，非均匀准二维钙钛矿中的混合相分布是影响能量转移效率和多发射峰的重要问题。混合相准二维钙钛矿中梯度相分布的精确控制，对于实现从高能带到低能带的高效能量漏斗过程非常关键。

　　基于上述问题，研究人员通过引入高分子化合物添加剂（聚乙烯吡咯烷酮），通过酰氨基的C=O键与钙钛矿的表面发生化学相互作用，有效的改善准二维钙钛矿成核和结晶过程，减少表面缺陷，从而加快能量传递过程和抑制低维相发光。通过超快瞬态吸收光谱发现添加剂可以有效的加速准二维钙钛矿的能量转移过程，抑制低维相不完全的能量转移和非辐射复合。光增益系数和损耗系数分别得到了有效提升和降低，最终，在400 nm脉冲光激发下，优化后的准二维钙钛矿薄膜的放大自发辐射阈值仅为原始准二维钙钛矿薄膜的四分之一。本研究提出了一种有效的策略来提高准二维钙钛矿的发光性能，为设计基于钙钛矿的高性能发光器件提供了简单可行的解决方案。

　　相关工作得到了国家自然科学基金委重大研究计划、面上项目与青年项目等支持。

　　原文链接

图1 准二维钙钛矿能量转移示意图

图2 准二维钙钛矿放大自发辐射性能

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