稀土离子掺杂金属卤化物钙钛矿微纳单晶实现低阈值激光发射

金属卤化物钙钛矿(MHP)在激光器件应用中面临泵浦阈值过高的瓶颈问题。研究人员通过Ce3+/Er3+共掺杂策略，将CsPbBr3单晶微带(SCMRs)的激光阈值从10.7降至1.5 μJ cm-2，揭示了表面缺陷钝化、中间能级激子复合和FRET能量转移的协同机制，为集成光子电路提供了新思路。

　　

在光电材料领域，金属卤化物钙钛矿(Metal Halide Perovskites, MHP)因其优异的光电特性被视为激光器件的潜力候选者。然而高泵浦阈值始终制约着实际应用。科研团队独辟蹊径，采用稀土离子掺杂方案，以CsPbBr₃单晶微带(SCMRs)和单晶微线(SCMWs)为载体展开研究。

通过精准调控Ce³⁺掺杂浓度，当先驱体溶液中添加5 mol% Ce³⁺(实际掺杂浓度0.57 mol%)时，激光阈值从基准值10.7 μJ cm^-2骤降至5.1 μJ cm^-2。更令人振奋的是，在最优Ce³⁺掺杂基础上引入Er³⁺共掺杂，相同尺寸的SCMWs阈值进一步降至1.5 μJ cm^-2。

机制研究揭示了三大协同效应：首先是表面缺陷钝化有效抑制非辐射复合；其次是中间能级促进激子高效复合；最重要的是Ce³⁺→Er³⁺的福斯特共振能量转移(F?rster Resonance Energy Transfer, FRET)过程。该策略在氯/溴化物MHP中展现普适性，但由于能带匹配问题在碘化物体系中失效。这项研究为开发高性能集成光子器件提供了重要技术路径。