如圖所示，一束紅色激光照射在印有賓夕法尼亞州立大學(xué)學(xué)校的標(biāo)志復(fù)制品的卡片上。

自1962發(fā)明以來，半導(dǎo)體二極管激光器革新了通信技術(shù)，并使CD、DVD和Blu ray器件中的信息存儲和檢索成為可能。這些二極管激光器使用精細(xì)的高真空系統(tǒng)中生長的無機(jī)半導(dǎo)體?，F(xiàn)在，一隊來自賓州州立大學(xué)和普林斯頓大學(xué)的研究人員已經(jīng)朝著建立從有機(jī)-無機(jī)雜化材料的激光二極管邁出了一大步，將為以后的桌面激光器奠定基礎(chǔ)。

通常不把發(fā)光二極管作為激光器的一個大的飛躍，Chris Giebink說，他是電氣工程助理教授賓州。本質(zhì)上，你只需添加鏡像并更努力地驅(qū)動它就可以。有機(jī)發(fā)光二極管在30年前發(fā)明，每個人都認(rèn)為，只要我們有相對有效的有機(jī)發(fā)光二極管，有機(jī)激光二極管將很快跟進(jìn)。

結(jié)果證明，有機(jī)二極管激光器確實很難制造。

有機(jī)激光二極管具有很多優(yōu)勢。首先，由于有機(jī)半導(dǎo)體相對柔軟和靈活，有機(jī)激光器可以被納入無機(jī)元素不可能的新形狀因子中。雖然無機(jī)半導(dǎo)體激光器在光的波長或顏色上相對有限，但有機(jī)激光可以通過剪裁有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生實驗室中化學(xué)家所關(guān)心的任何波長。這種可調(diào)性在醫(yī)療診斷和環(huán)境傳感等應(yīng)用中非常有用。

還沒有人成功地使有機(jī)半導(dǎo)體激光器，但關(guān)鍵可能涉及的相關(guān)材料有機(jī)/無機(jī)材料已經(jīng)得到了很多研究人員的關(guān)注，在研究界在過去的幾年里。這種混合材料已經(jīng)負(fù)責(zé)光伏效率表現(xiàn)很突出，Giebink說。

鈣鈦礦是相當(dāng)常見的礦物，有著相似的立方晶體結(jié)構(gòu)。有點自相矛盾的是，這些混合鈣鈦礦材料在太陽能電池中運行良好的原因之一是它們是很好的光發(fā)射器。出于這個原因，他們也有興趣在LED和激光上的使用。Giebink和他的同事們正在研究是由一個比較大的有機(jī)分子材料，并把它局限在無機(jī)鈣鈦礦晶格中。

“最終的目標(biāo)是實現(xiàn)使電驅(qū)動的鈣鈦礦型激光二極管，Giebink說。那將是一場改變游戲規(guī)則的進(jìn)展。這是很容易通過光抽運，即使鈣鈦礦材料發(fā)射激光，激光照射另一個上。然而，這僅僅是因為我們稱之為激光死亡的現(xiàn)象不太清楚。讓它繼續(xù)前進(jìn)是朝著最終的電動裝置邁出的關(guān)鍵一步。我們在最近的研究中發(fā)現(xiàn)的是一個奇怪的現(xiàn)象。我們可以完全通過降低材料的溫度來誘導(dǎo)部分相變來避免激光死亡。

近期已經(jīng)發(fā)表在《Nature Photonics》雜志網(wǎng)絡(luò)版的論文中，Giebink及其同事報告了第一個在有機(jī)-無機(jī)鉛鹵化物鈣鈦礦材料的半導(dǎo)體激光連續(xù)波研究。

“當(dāng)我們降低溫度低于相變，我們驚奇的發(fā)現(xiàn)材料最初發(fā)出的光是從低溫相發(fā)出的，但后來100納秒內(nèi)改變了，并開始從高溫相激發(fā)，并持續(xù)超過一個小時，Yufei Jia說，她是Giebink實驗室的一名研究生，并且是該論文的主要作者。事實證明，當(dāng)材料加熱時，雖然大部分材料仍保持在低溫階段，但高溫相的窗口形成了，這就是激光的來源。

在一些無機(jī)激光器中，有一些稱為量子威爾斯的窄區(qū)域，當(dāng)電子和空穴落入威爾斯區(qū)域時，電荷載流子就會被捕獲。激光的強(qiáng)度取決于量子威爾斯中可以裝多少電荷載流子。在鈣鈦礦材料中，低溫體內(nèi)部的高溫相包裹體的排列似乎模擬了這些量子威爾斯，并可能對連續(xù)激光產(chǎn)生作用。

“但對于這樣的解釋我們還沒有一個定論，”Giebink說。“期中可能是更微妙的事情。”

然而，這些結(jié)果確實都指向了一個機(jī)會，這種材料或許可以實現(xiàn)混合相的配置，但不再需要真的冷卻到低溫。當(dāng)前的論文提出了幾點想法，如何可以設(shè)計這些材料。下一步是嘗試大的光泵浦激光，直接利用驅(qū)動電流與鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的激光二極管連接。