ZnO microtubes: formation mechanism and whispering-gallery mode lasing

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The luminescent and laser properties of ZnO microtubes synthesized by a modified thermal evaporation method were studied using photoluminescence spectroscopy. It was shown that whispering gallery modes are responsible for lasing in the near UV range. The possibility of achieving low lasing thresholds (down to ~ 8 kW/cm2) and high optical quality factors (over 3900) was demonstrated. A mechanism for the formation of such microcrystals was proposed, based on the assumption of simultaneous growth and etching along the [0001] crystallographic direction.

全文:

受限制的访问

作者简介

А. Tarasov

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of NRC “Kurchatov Institute”

编辑信件的主要联系方式.
Email: tarasov.a@crys.ras.ru
俄罗斯联邦, Moscow

L. Zadorozhnaya

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of NRC “Kurchatov Institute”

Email: tarasov.a@crys.ras.ru
俄罗斯联邦, Moscow

B. Nabatov

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of NRC “Kurchatov Institute”

Email: tarasov.a@crys.ras.ru
俄罗斯联邦, Moscow

V. Kanevsky

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of NRC “Kurchatov Institute”

Email: tarasov.a@crys.ras.ru
俄罗斯联邦, Moscow

参考

  1. Morkoc H., Ozgur U. Zinc oxide: fundamentals, materials and device technology. Weinheim: Wiley-VCH, 2009.
  2. Sharma D.K., Shukla S., Sharma K.K., Kumar V. // Mater. Today. 2022. V. 49. P. 3028. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.10.238
  3. Klingshirn C.F. Semiconductor Optics. Berlin: Springer, 2012.
  4. Srivastava V., Gusain D., Sharma Y.C. // Ceram. Int. 2013. V. 39. P. 9803. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.04.110
  5. Oprea O., Andronescu E., Ficai D. et al. // Curr. Org. Chem. 2014. V. 18. P. 192.
  6. Uikey P., Vishwakarma K. // Int. J. Emerg. Tech. Comp. Sci. Electron. 2016. V. 21. P. 239.
  7. Di Mauro A., Fragalà M.E., Privitera V., Impellizzeri G. // Mater. Sci. Semicond. Process. 2017. V. 69. P. 44. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2017.03.029
  8. Тарасов А.П., Веневцев И.Д., Муслимов А.Э. и др. // Квантовая электроника. 2021. Т. 51. С. 366.
  9. Znaidi L., Illia G.S, Benyahia S. et al. // Thin Solid Films. 2003. V. 428. P. 257. https://doi.org/10.1016/S0040-6090(02)01219-1
  10. Dong H., Zhou B., Li J. et al. // J. Materiomics. 2017. V. 3. P. 255. https://doi.org/10.1016/j.jmat.2017.06.001
  11. Tashiro A., Adachi Y., Uchino T. // J. Appl. Phys. 2023. V. 133. P. 221101. https://doi.org/10.1063/5.0142719
  12. Xu C., Dai J., Zhu G. et al. // Las. Photon. Rev. 2014. V. 8. P. 469. https://doi.org/10.1002/lpor.20130012
  13. Yang Y.D., Tang M., Wang F.L. et al. // Photonics Res. 2019. V. 7. P. 594. https://doi.org/10.1364/PRJ.7.000594
  14. Chen R., Ling B., Sun X.W., Sun H.D. // Adv. Mater. 2011. V. 23. P. 2199. https://doi.org/10.1002/adma.201100423
  15. Michalsky T., Wille M., Dietrich C.P. et al. // Appl. Phys. Lett. 2014. V. 105. P. 211106. https://doi.org/10.1063/1.4902898
  16. Qin F., Xu C., Lei D.Y. et al. // ACS Photonics. 2018. V. 5. P. 2313. https://doi.org/10.1021/acsphotonics.8b00128
  17. Tarasov A.P., Muslimov A.E., Kanevsky V.M. // Photonics. 2022. V. 9. P. 871. https://doi.org/10.3390/photonics9110871
  18. Тарасов А.П., Задорожная Л.А., Муслимов А.Э. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2021. Т. 114. С. 596. https://doi.org/10.31857/S1234567821210035
  19. Тарасов А.П., Лавриков А.С., Задорожная Л.А., Каневский В.М. // Письма в ЖЭТФ. 2022. Т. 115. С. 554. https://doi.org/10.31857/S1234567822090026
  20. Tarasov A.P., Zadorozhnaya L.A., Kanevsky V.M. // J. Appl. Phys. 2024. V. 136. P. 073102. https://doi.org/10.1063/5.0214420
  21. Li L.E., Demianets L.N. // Opt. Mater. 2008. V. 30. P. 1074. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2007.05.013
  22. Демьянец Л.Н., Ли Л.Е., Лавриков А.С., Никитин С.В. // Кристаллография. 2010. Т. 55. С. 149.
  23. Zadorozhnaya L.A., Tarasov A.P., Lavrikov A.S., Kanevsky V.M. // Comp. Opt. 2024. V. 48. P. 696. https://doi.org/10.18287/2412-6179-CO-1414
  24. Dong H., Sun L., Xie W. et al. // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. P. 17369. https://doi.org/10.1021/jp1047908
  25. Тарасов А.П., Задорожная Л.А., Каневский В.М. // Письма в ЖЭТФ. 2024. Т. 119. С. 875. https://dx.doi.org/10.31857/S1234567824120024
  26. Wagner R.S. // J. Crystal Growth. 1968. V. 3/4. P. 159.
  27. Kaldis E. // Crystal Growth and Characterization. Amsterdam: North Holland, 1975.
  28. Sharma R.B. // J. Appl. Phys. 1970. V. 41. P. 1866. https://doi.org/10.1063/1.1659122
  29. Tarasov A.P., Muslimov A.E., Kanevsky V.M. // Materials. 2022. V. 15. P. 8723. https://doi.org/10.3390/ma15248723
  30. Tarasov A.P., Ismailov A.M., Gadzhiev M.K. et al. // Photonics. 2023. V. 10. P. 1354. https://doi.org/10.3390/photonics10121354
  31. Ozgur U., Alivov Y.I., Liu C. et al. // J. Appl. Phys. 2005. V. 98. P. 41301. https://doi.org/10.1063/1.1992666
  32. Ghosh M., Ningthoujam R.S., Vatsa R.K. et al. // J. Appl. Phys. 2011. V. 110. P. 054309. https://doi.org/10.1063/1.3632059
  33. Zhang Z., Yates Jr. J.T. // Chem. Rev. 2012. V. 112. P. 5520. https://doi.org/10.1021/cr3000626
  34. Guo B., Qiu Z.R., Wong K.S. // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 82. P. 2290. https://doi.org/10.1063/1.1566482
  35. Dai J., Xu C.X., Wu P. et al. // Appl. Phys. Lett. 2010. V. 97. P. 011101. https://doi.org/10.1063/1.3460281
  36. Тарасов А.П., Брискина Ч.М., Маркушев В.М. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2019. Т. 110. С. 750. https://doi.org/10.1134/S0370274X19230073
  37. Zimmler M.A., Bao J., Capasso F. et al. // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 93. P. 051101. https://doi.org/10.1063/1.2965797
  38. Czekalla C., Sturm C., Schmidt-Grund R. et al. // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 92. P. 241102. https://doi.org/10.1063/1.2946660
  39. Wiersig J. // Phys. Rev. A. 2003. V. 67. P. 023807. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.67.023807
  40. Liu J., Lee S., Ahn Y. et al. // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 92. P. 263102. https://doi.org/10.1063/1.2952763

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. SEM image of a ZnO microtube (the inset shows an array of microtubes).

下载 (163KB)
索引源数据
3. Fig. 2. SEM images of ZnO microrods: a – the beginning of the etching process of the microrod from the surface side (0001), b – the formation of a hexagonal pit on the end of the microrod.

下载 (267KB)
索引源数据
4. Fig. 3. PL spectra of an array of ZnO microtubes recorded under low-intensity quasi-continuous excitation (a) and pulsed laser excitation with a power density ρexc ~ 6 kW/cm2 (b).

下载 (128KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Near-edge emission spectra of a ZnO microtube at different excitation power densities ρexc: 1 – 7, 2 – 13, 3 – 26 kW/cm2 (a); dependence of intensity on ρexc in the region of the most intense laser line with a wavelength of ~392.05 nm (b).

下载 (192KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Laser generation spectrum of one of the ZnO microtubes at ρexc ~ 0.1 MW/cm².

下载 (94KB)
索引源数据
7. Fig. 6. The λWGM(D) dependence simulated using formula (3) for WGM with TE polarization (oblique curves) and the experimentally recorded spectral positions of laser lines (horizontal lines) according to Fig. 5. The arrow corresponds to the diameter D at which the most accurate coincidence of the positions of laser lines and neighboring TE modes is observed.

下载 (113KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».