Физики из России решили 60-летнюю проблему создания перовскитного лазерного диода
Ученые из Сколтеха (группа ВЭБ.РФ) и их коллеги из Университета ИТМО и НИУ ВШЭ впервые продемонстрировали прямую электрическую накачку поляритонного лазера на основе галогенидного перовскитного микрокристалла, полученного из раствора. Результаты исследования представляют собой решение давней проблемы физики полупроводников и оптоэлектроники, которая десятилетиями оставалась препятствием на пути к решению технологической задачи: создать недорогие неэпитаксиальные лазерные диоды, работающие под непрерывным электрическим током. Такие устройства найдут применение в оптических сенсорах и спектроскопии, высокоскоростных вычислениях и энергоэффективных нейроморфных компьютерах.
Прямая электрическая инжекция в полупроводниках, полученных из раствора
Получаемые из раствора полупроводники включают органические материалы, квантовые точки и галогенидные перовскиты. Они представляют собой недорогую альтернативу сложным эпитаксиально выращенным кристаллам, которые синтезируют слой за слоем на поверхности твердой подложки. Однако создание электрически управляемых лазерных диодов на основе полупроводников из раствора долгое время оставалось чрезвычайно сложной задачей. При высокой плотности тока традиционные архитектуры светодиодов подвержены перегреву, который приводит к деградации материала.
Чтобы устранить это препятствие, научная группа Сколтеха воспользовалась уникальной физикой экситон-поляритонов — гибридных квазичастиц, возникающих при сильной связи между светом (фотонами) и связанными электрон-дырочными парами (экситонами) внутри оптического микрорезонатора. Благодаря своей бозонной природе поляритоны способны коллапсировать в единое макроскопическое квантовое состояние — бозе-эйнштейновский конденсат — и излучать когерентный лазерный свет при значительно более низких энергиях и плотностях заряда, чем в обычных полупроводниковых лазерах. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Исследователи интегрировали выращенный из раствора перовскитный пластинчатый микрокристалл с тонкопленочными электродами из однослойных углеродных нанотрубок внутри высокодобротного оптического микрорезонатора. Применив специальный двухэтапный протокол криоохлаждения, команда добилась контролируемого пространственного перераспределения подвижных ионов, сформировав стабильный, «замороженный» PIN-диод.
Этот «замороженный» PIN-диод обеспечил эффективную инжекцию носителей заряда без разрушения кристаллической решетки перовскита. Под непрерывным постоянным электрическим током устройство продемонстрировало поляритонную генерацию при низком пороговом токе в 60 микроампер.
«Достижение лазерной генерации при прямой электрической накачке в материалах, полученных из раствора, было одной из ключевых целей полупроводниковой оптоэлектроники на протяжении 60 лет, — говорит ведущий автор исследования, старший преподаватель Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха Анатолий Пушкарев. — Сочетая химически инертные электроды из углеродных нанотрубок с подвижными галогенидными вакансиями в решетке перовскита, мы нашли рабочий способ предотвратить нежелательные реакции на границе между перовскитом и электродом и преодолеть омический нагрев. Инжекция носителей заряда в нашем устройстве создает сильно локализованный центр электролюминесценции в месте физического дефекта, который мы формируем вблизи конца пучка углеродных нанотрубок».
«Этот физический дефект создает притягивающий потенциал для свободных экситон-поляритонов и „захватывает“ их, — добавляет соавтор статьи, старший научный сотрудник Степан Барышев из Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха. — Мы отчетливо пронаблюдали три характерных признака конденсации захваченных экситон-поляритонов, а именно: нелинейный рост интенсивности излучения, сужение спектральной линии и синий сдвиг лазерного излучения при превышении порогового тока».
Трансформация фотонных технологий нового поколения
В отличие от традиционных полупроводниковых лазерных диодов, требующих сложных и дорогостоящих методов эпитаксиального выращивания, перовскитные микрорезонаторы, получаемые из раствора, можно изготавливать с помощью простой химии. Более того, поляритонные лазеры работают при плотностях возбуждения значительно ниже порога моттовского перехода, что сводит к минимуму энергопотребление и тепловыделение.
Возможность напрямую управлять конденсатами света и вещества с помощью электрического тока открывает конкретные перспективы практического применения сразу в нескольких областях. Такие электрически управляемые устройства могут служить маломощными интегрированными оптическими соединениями для высокоскоростных вычислений, компактными когерентными источниками света на чипе в оптических сенсорах и спектроскопии, а также лечь в основу энергоэффективных нейроморфных вычислительных систем и оптических логических схем на основе поляритонов.
«Эта работа дает рецепт для создания нового класса электрически управляемых источников когерентного света на основе полупроводников, получаемых из раствора, — добавляет научный руководитель исследования, заслуженный профессор Сколтеха Павлос Лагудакис, который руководит Лабораторией гибридной фотоники института. — Она соединяет фундаментальную физику поляритонов с практической инженерией оптоэлектронных устройств, прокладывая путь к реальным применениям поляритонных лазеров».
Telegram 
Дзен 
VK Бывшие сотрудники NASA констатировали, что последнее видео испытаний крупнейшего космического корабля в истории снова показало проблемы и ограничения его теплового щита. С их точки зрения, любая из существующих технологий такого типа слишком сложна для реализации замысла Илона Маска о быстрой и безремонтной многоразовости Starship.
Правительство испанского автономного сообщества Арагон поддержало строительство гигафабрики по производству аккумуляторов в Фигеруэласе — совместный проект Stellantis и CATL. Решение завершило процесс согласования, открыв путь к реализации проекта TORO.
Американские ученые установили, что привычка регулярно пить кофе значительно снижает риск развития цирроза, рака печени и печеночных патологий. Новые данные помогают объяснить биохимические механизмы, стоящие за защитным эффектом этого напитка.
Бывшие сотрудники NASA констатировали, что последнее видео испытаний крупнейшего космического корабля в истории снова показало проблемы и ограничения его теплового щита. С их точки зрения, любая из существующих технологий такого типа слишком сложна для реализации замысла Илона Маска о быстрой и безремонтной многоразовости Starship.
Правильно подобранные звуковые последовательности способны не только стимулировать рост растений, но и влиять на их урожайность. К такому выводу пришли авторы нового исследования. Они разработали технологию, которая позволяет воздействовать на процессы развития растений через акустические сигналы без использования генной инженерии или химикатов. В экспериментах добились повышения урожайности мяты, сои, болгарского перца и конопли.
Рост средней продолжительности жизни и старение населения формируют новые требования к системе государственного планирования. Для обоснованного распределения ресурсов в сфере здравоохранения, пенсионного обеспечения и социальной поддержки необходимы достоверные данные о возрастной структуре общества. Сегодня для этого применяют специальные математические модели, позволяющие прогнозировать изменения. Проблема в том, что их создавали еще в прошлом веке. Они не учитывают существующие демографические закономерности и улучшение качества современной жизни. Их использование часто ведет к значительным погрешностям в расчетах, что, в свою очередь, делает невозможным своевременное перераспределение бюджетных средств между ключевыми государственными структурами. Ученые Пермского Политеха предложили новую модель для прогнозирования продолжительности жизни, которая работает с точностью 99,7%. Ее можно применять для планирования в сфере здравоохранения, пенсионного обеспечения и социальной поддержки.
Видеосервисы стали неотъемлемой частью жизни россиян. В 2026 году охваты большинства платформ продолжают расти, в том числе YouTube.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно