Mie 共振钙钛矿纳米腔中的极化激元激光

深亚波长激光器（或称纳米激光器）对于纳米尺度紧凑片上生物成像与传感有着迫切需求。在可见光范围内三维尺寸均小于发射波长的单粒子纳米激光器发展的主要障碍之一是高激光阈值及由此导致的过热。在此，我们利用长方体 CsPbBr$_3$ 纳米颗粒中的激子-极化激元凝聚与镜像 Mie 模式，从其超小（$\approx$0.007$\mu$m$^3$ 或 $\approx\lambda^3$/20）半导体纳米腔实现约 0.53~$\mu$m 可见光波长的相干发射。该纳米腔在三维均局域化的发射的极化激元性质，通过与具有相似材料参数的一维和二维波导系统直接对比得以证实。此类深亚波长纳米激光器的实现不仅得益于 CsPbBr$_3$ 的高激子束缚能（$\approx$35 meV）、折射率（低温下 $>$2.5）与发光量子产率，也得益于 Mie 共振上极化激元凝聚的优化。此外，最佳激光条件的关键参数为 CsPbBr$_3$ 的模间自由光谱范围与声子谱，它们主导极化激元凝聚路径。此类化学合成的胶体 CsPbBr$_3$ 纳米激光器可轻松沉积于任意表面，这使其成为与多种片上系统集成的通用工具。