有机-无机杂化钙钛矿纳米线中光子-激子强耦合相互作用

MaterialsViews2020-10-28 09:05:27

钙钛矿作为一种直接带隙半导体材料,因其具有高的载流子浓度,长的扩散长度,较低的俄歇复合速率及能隙匹配成为太阳能电池的热门材料。同时由于其能带连续可调、光学增益高、量子产率高,这使得钙钛矿材料在发光器件和光电探测器领域也有用武之地。钙钛矿的激子结合能为 20-73meV,明显高于等同禁带宽度的无机半导体材料,为研究强光-激子耦合作用提供了重要的介质。

a 钙钛矿纳米线空间分辨荧光示意图; b 光子与激子强相互作用导致的上下支劈裂; c 耦合强度随微腔模式体积减小而显著增大

近期,国家纳米科学中心标准与检测重点实验室刘新风课题组与北京大学张青课题组合作,在溶液结晶法制得的有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3PbBr3纳米线中观察到了室温下光子与激子的强耦合作用。他们通过纳米线的空间分辨荧光得到了F-P振荡模式的发光光谱;针对发光谱中的传播模式,作者利用洛伦兹振子模型将其解释为激子与光子强耦合产生的激子极化激元模式,其耦合强度最大可达390 meV;同时随着耦合强度增大,光波导的的慢光效应更加显著,其群折射率高达11。他们进一步使用不同功率激光激发,发现钙钛矿纳米线中极化子发光主要处于其弛豫的“瓶颈区”,并指出克服瓶颈效应有望实现其极化子激光。该研究表明,这些生长形成的钙钛矿CH3NH3PbBr3纳米线在极化子相干光源,慢光器件等方面都具有很大的应用潜力。

相关工作发表在Advanced Optical MaterialsDOI:10.1002/adom.201701032)上。

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