金屬鹵化物鈣鈦礦材料兼具無(wú)機(jī)及有機(jī)半導(dǎo)體的優(yōu)點(diǎn)，如制備成本低廉、光吸收效率高、缺陷濃度低、載流子傳輸距離長(zhǎng)，還有簡(jiǎn)易調(diào)諧的禁帶寬度和優(yōu)異的增益特性，在低閾值固態(tài)微腔激光器領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。近期，北京大學(xué)工學(xué)院張青研究員課題組在可見(jiàn)發(fā)光的鈣鈦礦納米線(xiàn)微腔的光－物質(zhì)強(qiáng)相互作用領(lǐng)域取得新進(jìn)展，為基于激子極化激元的玻色－愛(ài)因斯坦凝聚效應(yīng)實(shí)現(xiàn)低閾值微腔激光器提供了思路。相關(guān)工作在線(xiàn)發(fā)表在Nano Letters （DOI： 10．1021／acs．nanolett．7b04847）、ACS Photonics （DOI： 10．1021／acsphotonics．7b01593）、Adv． Opt． Mater．（2018， 6， 1701032）等期刊雜志上。

a． 角分辨熒光光譜系統(tǒng) b． CsPbBr3納米線(xiàn)的熒光色散曲線(xiàn)（插圖），以及激光閾值－拉比劈裂曲線(xiàn) c． MAPbBr3納米線(xiàn)在glass和SiO2／Ag襯底上拉比劈裂能隨著有效模式體積的變化關(guān)系

通過(guò)空間角分辨熒光光譜，張青課題組在有機(jī)－無(wú)機(jī)混合鈣鈦礦MAPbBr3納米線(xiàn)微腔中首次觀測(cè)到該材料體系的激子－極化子激元效應(yīng)，光子－激子耦合強(qiáng)度隨著納米線(xiàn)的尺寸減小而增加，室溫的拉比劈裂能高達(dá)390meV，這項(xiàng)工作發(fā)表在Adv． Opt． Mater．雜志，并被Wiley Materials＆Views作為亮點(diǎn)工作報(bào)道，入選該期刊2018年2月及3月高下載論文。振子濃度和模式體積是影響微腔光子－激子強(qiáng)耦合作用的關(guān)鍵因素。課題組通過(guò)引入表面等離激元納腔，設(shè)計(jì)MAPbBr3納米線(xiàn)－SiO2－Ag混合微腔結(jié)構(gòu)，有效提高了局域振子數(shù)目，使拉比劈裂能增強(qiáng)至564meV，群折射率提高至17。這項(xiàng)工作發(fā)表在Nano Letters，北京大學(xué)2017級(jí)直博生尚秋宇為第一作者。進(jìn)一步，在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、高質(zhì)量純無(wú)機(jī)CsPbBr3納米線(xiàn)中，他們通過(guò)提高光子－激子耦合強(qiáng)度降低激光閾值，在耦合強(qiáng)度高于450meV時(shí)，觀測(cè)到室溫激子－極化子激光，激光器的閾值約降低至原值的1／7，此項(xiàng)工作發(fā)表在ACS Photonics。以上研究結(jié)果對(duì)于低閾值微型激光器、量子通信、非線(xiàn)性光學(xué)等領(lǐng)域研究有重要意義。

該系列工作與國(guó)家納米科學(xué)中心劉新風(fēng)教授、北京大學(xué)物理學(xué)院肖云峰教授、工學(xué)院張艷鋒教授以及南洋理工大學(xué)熊啟華教授、阿卜杜拉國(guó)王大學(xué)吳韜教授的課題組合作完成。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、青年千人計(jì)劃、北京大學(xué)“雙一流”計(jì)劃及清華大學(xué)低維與量子物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)費(fèi)支持。