擬二次元ペロブスカイト薄膜からの室温連続レーザ発振

September, 7, 2020, 福岡--九州大学最先端有機光エレクトロニクス研究センターの安達千波矢センター長、九州大学カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所の松島敏則准教授、Changchun Institute of Applied Chemistry （中国）の Qin Chuanjiang（シン センコウ）教授は、有機・無機ハイブリッドペロブスカイトレーザにおけるレーザ作用の抑制因子を解明することで、室温・空気中において安定した連続波レーザ（CW）の発振に成功した。
　レーザ光は、LEDとは異なり、コヒーレント光源であり、科学研究、通信、製造、エンターテインメントなど、現代社会における私たちの生活の様々な用途に利用されている。レーザは、利得媒体、励起光源、光共振器から構成されており、特に利得媒体は誘導放出によって光を増幅するための鍵となる材料。なかでも、有機・無機ハイブリッドペロブスカイト材料は、波長選択性、優れた安定性、溶液塗布法による低コスト化など、次世代のレーザ利得媒体として有望視されている。
　今回の光励起による室温・空気中のCW発振は各種計測用光源など実用的なアプリケーション開発への道を切り拓くと共に、次世代フォトニクスデバイス光源として期待される電流励起レーザへの重要なステップとなる。

　研究では、擬二次元ペロブスカイト構造において、低い三重項エネルギー状態を有する有機配位子を構造内に組み込み、長寿命の三重項励起状態をハロゲン化鉛の無機層から有機層へエネルギー移動させることで、パルスおよびCW光励起レーザ発振に成功した。配位子としてPEAおよびNMAを含有するペロブスカイトの構造（P2F8、N2F8）と三重項エネルギー移動の様子を図示している。P2F8ではPEAの三重項エネルギーが高いために、無機層からPEAへのエネルギー移動は困難だが、N2F8では容易に三重項エネルギーがNMAに移動し、三重項励起子を効果的に無機層から除去することが可能となった。これらのエネルギー散逸過程のメカニズム解明に基づき、レーザに必要なDFB構造を適用することで、CW励起下において安定した緑色の擬二次元ペロブスカイトレーザの開発に成功した。CWレーザの発振強度は、相対湿度55％の空気中において、1時間後でも顕著な発振特性の劣化は観測されず、高い安定性が明らかになった。
　研究は、近い将来、電気的励起によるペロブスカイトレーザへの展開を進めていく。
(詳細は、https://www.kyushu-u.ac.jp)