Adachi&秦川江Nature: 室温下，钙钛矿的稳定激光发射！

光泵浦连续波激光发射是走向电泵浦激光器的关键一步，在高密度集成光电器件实际应用中备受关注。虽然取得了这样那样的突破，然而，在连续光泵浦条件下，激光往往会突然终止，这种现象被称之为由于“激光死亡”现象。目前尚未在室温下实现连续波激光发射，其机理也未可知。
 
       为何在室温条件下无法实现连续波激光发射？如何实现？成为了高性能激光领域亟待解决的未解之谜。
 
       自从十年前崛起以来，钙钛矿的研究一直站在风口浪尖，如火如荼。有机-无机卤化物钙钛矿因为其溶液加工可行性，制造成本较低，光学连续可调，稳定性能较好等优势，在激光用领域极具应用前景。
 
       大量研究表明，相比于三维钙钛矿，准二维钙钛矿是更好的发射体和增益介质，更适用于发光二极管和激光应用。那么，准二维有机-无机卤化物钙钛矿能否为解决以上关键问题提供新的思路呢？
 
       有鉴于此，中科院长春应用化学研究所的秦川江和日本九州大学Chihaya Adachi等人在准二维有机无机卤化铅钙钛矿中实现了室温条件下的光泵浦连续波激光发射，为新型光电器件的研制提供了全新的解决方案。

图1. P2F8和N2F8化学结构以及 ASE性能

研究人员以具有不同有机阳离子的准二维卤化铅钙钛矿薄膜（P2F8和N2F8）为研究对象，发现在放大的自发发射、光泵浦脉冲和连续波激光过程中，长寿命的三重态激子数量呈现出明显的不同。结果表明，单重态-三重态激子湮灭可能是引起激光死亡的本征原因。

图2. DFB空腔以及N2F8和P2F8的脉冲激光性能

要想实现连续波和电泵浦激光器，就必须解决在高载流子密度下三重态累积引起的光和激子的损耗。其中一种方法就是使用三重态猝灭剂来抑制三重态吸收损耗，并通过单重态-三重态激子湮灭机制来抑制单重态。
 
       研究人员采用具有高品质因数的分布式反馈腔，以实现对三重态激子的调控，最终实现了稳定的准二维钙钛矿绿色准激光器，可在室温条件下和空气中连续光泵浦。
     
       总之，这项研究证实了三重态激子的调控在连续波激光器中的重要性，为未来将电流注入钙钛矿激光器奠定了基础，为钙钛矿激光器的研制提供了全新的思路和借鉴。

图3. N2F8和P2F8连续波激光发射性能 

参考文献：Chuanjiang Qin et al. Stable room-temperature continuous-wave lasing in quasi-2D perovskite films. Nature 2020, 585, 53–57.
       https://www.nature.com/articles/s41586-020-2621-1