Rhナノキューブを用いた単一ZnOマイクロワイヤの高性能レーザー発振

High performance lasing in a single ZnO microwire using Rh nanocubes.

• Changzong Miao
• Haiying Xu
• Mingming Jiang
• Yang Liu
• Peng Wan
• Caixia Kan

抄録

紫外スペクトル領域のプラズモニック応答を持つ高純度でサイズ制御されたRhナノキューブ(RhNC)を合成した。RhNCの紫外プラズモニック特性は、その光学的可変性と安定性、および隣接する半導体マイクロ/ナノ構造との互換性から、ワイドバンドギャップ半導体やオプトエレクトロニクスデバイスへの応用が期待される。本研究では、RhNCを組み込むことで、単一のZnOマイクロワイヤのニアバンドエッジ発光を大幅に向上させた。室温でfsパルスレーザーを用いて光学的に励起すると、RhNCで覆われた1本のZnOマイクロワイヤーから、より低いレーザー閾値,より高いQファクター,レーザー出力の向上など、RhNCs-プラズモンによる高性能ウィスパリングギャラリーモード(WGM)レーザー特性の向上が達成された。さらに、RhNCsプラズモンの変調効果を調べるために、時間分解フォトルミネッセンス(TRPL)解析と電磁シミュレーション解析を行った。これらの結果から、紫外エネルギー調整可能なプラズモンを用いたサイズ制御型RhNCは、紫外プラズモンに特有の特徴を持つことから、短波長帯での安定性と高性能が要求される光電子デバイスへの応用が期待できると結論づけられた。

High-purity and size-controlled Rh nanocubes (RhNCs) with plasmonic responses in the ultraviolet spectrum range were synthesized; the ultraviolet plasmonic features of RhNCs have potential applications in wide bandgap semiconductors and optoelectronic devices because of their optical tunability and stability, as well as the compatibility with neighboring semiconductor micro/nanostructures. In this work, by incorporating RhNCs, the near-band-edge emission of a single ZnO microwire is considerably enhanced. When optically pumped by a fs pulsed laser at room temperature, RhNCs-plasmon enhanced high-performance whispering gallery mode (WGM) lasing characteristics, including lower lasing threshold, higher Q-factor, and lasing output enhancement, can be achieved from a single ZnO microwire covered by RhNCs. To further probe the modulation effect of RhNCs plasmons on the lasing characteristics of the ZnO microwires, time-resolved photoluminescence (TRPL) and electromagnetic simulation analyses were also performed. Based on our results, it can be concluded that size-controlled RhNCs with ultraviolet energy-tunable plasmons have the potential for use in optoelectronic devices requiring stable and high-performance in the short wavelength spectrum band owing to their unique ultraviolet plasmonic features.