Direct‐Bandgap Bilayer WSe2/Microsphere Monolithic Cavity for Low‐Threshold Lasing

材料科学 激光阈值 光致发光 双层 光电子学 二硒化钨 单层 带隙 激光器 量子点 纳米技术 光学 过渡金属 波长 生物化学 生物 物理 催化作用 化学 遗传学
作者
Jiaxin Yu,Shuai Xing,Guang‐Yu Dai,Shuangyi Linghu,Fuxing Gu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (3): e2106502-e2106502 被引量:15
标识
DOI:10.1002/adma.202106502
摘要

Abstract Monolayer transition metal dichalcogenides (TMDs) have emerged as widely accepted 2D gain materials in the field of light sources owing to their direct bandgap and high photoluminescence quantum yield. However, the monolayer medium suffers from weak emission because only a single layer of molecules can absorb the pump energy. Moreover, the material degradation when transferring these fragile materials hinders their cooperation with the optical cavity further. In this study, for the first time, a high‐quality monolithic structure is developed by directly growing single‐domain tungsten diselenide (WSe 2 ) bilayers on single silica microsphere (MS) cavities. Such a completely wrapped structure guides the indirect‐to‐direct bandgap transition of WSe 2 bilayers, leading to a significantly improved photoluminescence intensity by about 60‐fold. Moreover, the high‐quality monolithic structure enhances the confinement factor of the cavity by more than 20‐fold. Based on the above advantages, a bilayer WSe 2 /MS microlaser is realized with an ultralow threshold of 0.72 W cm −2 , nearly an order of magnitude lower than the existing records. The results demonstrate the possibility of using multilayer TMD materials as 2D gain media and provide insights into a new ultracompact monolithic platform of TMD material/cavity for lasing devices.
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