Fabry–Perot Oscillation and Resonance Energy Transfer: Mechanism for Ultralow-Threshold Optically and Electrically Driven Random Laser in Quasi-2D Ruddlesden–Popper Perovskites

材料科学 激光阈值 激光器 光电子学 钙钛矿(结构) 共振(粒子物理) 光子学 光探测 光学 物理 原子物理学 化学 光电探测器 波长 结晶学
作者
Krishna Prasad Bera,Chintam Hanmandlu,Hung‐I Lin,Rapti Ghosh,Vijay Kumar Gudelli,Chao‐Sung Lai,Chih‐Wei Chu,Yang‐Fang Chen
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (6): 5373-5386 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c09522
摘要

The recently emerged metal-halide hybrid perovskite (MHP) possesses superb optoelectronic features, which have obtained great attention in solid-state lighting, photodetection, and photovoltaic applications. Because of its excellent external quantum efficiency, MHP has promising potential for the manifestation of ultralow threshold optically pumped laser. However, the demonstration of an electrically driven laser remains a challenge because of the vulnerable degradation of perovskite, limited exciton binding energy (Eb), intensity quenching, and efficiency drop by nonradiative recombinations. In this work, based on the paradigm of integration of Fabry-Perot (F-P) oscillation and resonance energy transfer, we observed an ultralow-threshold (∼250 μWcm-2) optically pumped random laser from moisture-insensitive mixed dimensional quasi-2D Ruddlesden-Popper phase perovskite microplates. Particularly, we demonstrated an electrically driven multimode laser with a threshold of ∼60 mAcm-2 from quasi-2D RPP by judicious combination of a perovskite/hole transport layer (HTL) and an electron transport layer (ETL) having suitable band alignment and thickness. Additionally, we showed the tunability of lasing modes and color by driving an external electric potential. Performing finite difference time domain (FDTD) simulations, we confirmed the presence of F-P feedback resonance, the light trapping effect at perovskite/ETL, and resonance energy transfer contributing to laser action. Our discovery of an electrically driven laser from MHP opens a useful avenue for developing future optoelectronics.
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