本文档属于类型a，即单篇原创研究的学术报告。以下是对该研究的详细介绍：
该研究由Qiuyu Shang、Meili Li、Liyun Zhao、Dingwei Chen、Shuai Zhang、Shulin Chen、Peng Gao、Chao Shen、Jun Xing、Guichuan Xing、Bo Shen、Xinfeng Liu和Qing Zhang等作者共同完成。研究发表于2020年8月3日的《Nano Letters》期刊，标题为“Role of the Exciton−Polariton in a Continuous-Wave Optically Pumped CsPbBr3 Perovskite Laser”。
该研究的主要科学领域是光电子学，特别是基于钙钛矿材料的激光器研究。铅卤化物钙钛矿因其优异的光学增益特性、低缺陷态、低三重态积累以及易于调控的电子带隙，已成为溶液加工和柔性激光器的理想材料。尽管钙钛矿晶体在连续波（CW）光学泵浦下已实现激光输出，但其低阈值运行的机制仍存在争议。本研究旨在揭示CsPbBr3纳米带（NB）在CW泵浦下的低阈值激光机制，特别是激子-极化激元（Exciton-Polariton, EP）效应在其中的作用，为室温CW和电驱动钙钛矿激光器的构建提供理论支持。
研究分为多个步骤，具体如下：
样品制备与表征
研究使用优化的反溶剂法制备了单晶正交相CsPbBr3纳米带，并将其沉积在蓝宝石衬底上。蓝宝石衬底的高热导率（42 W m−1 K−1）补偿了CsPbBr3的低热导率（0.4 W m−1 K−1）。通过扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对纳米带的形貌进行表征，确认其高度约为120 ± 60 nm，宽度为几微米，表面粗糙度约为1.5 nm。此外，通过时间分辨光致发光（TRPL）光谱测量，发现纳米带的光致发光寿命为5.6 ns，表明其晶体质量良好。
激光特性测试
在78 K温度下，使用405 nm CW激光对CsPbBr3纳米带进行非共振激发，观察到其逐渐实现激光输出，阈值功率密度（Pth）为2.6 kW cm−2。通过增加功率密度，光致发光（PL）光谱从自发辐射（SE）经过放大自发辐射（ASE）过渡到激光输出。激光模式的出现通过窄峰（FWHM约为0.3 nm）和功率依赖的FWHM变化得到验证。此外，通过高分辨率光学成像系统记录的PL图像显示清晰的干涉图案，支持激光输出的可行性。
温度依赖性研究
研究分析了CsPbBr3纳米带在不同温度下的相折射率（np）和群折射率（ng）。通过微区光致发光（μ-PL）光谱测量，发现随着温度降低，EP的空间色散增强，导致ng和np显著增加。例如，在78 K时，ng和np分别达到37.5和2.6。这种折射率的增加提高了模场限制因子，降低了腔边传输损耗，从而降低了激光阈值。
热管理研究
研究强调了热管理对CW激光输出的重要性。通过将纳米带高度控制在120 ± 60 nm，并采用高热导率衬底（如蓝宝石），有效降低了局部热效应。热动力学分析表明，较薄的纳米带能够更高效地将热量传导至衬底，从而维持稳定的激光输出。
电驱动激光可行性评估
研究评估了基于CsPbBr3纳米带电驱动激光的可行性。在7.8 K下，激光阈值降至0.13 kW cm−2，对应的电流密度为0.28 kA cm−2，表明在低温下实现电驱动激光是可行的。
低阈值激光输出
在78 K下，CsPbBr3纳米带实现了2.6 kW cm−2的低阈值激光输出，这是目前报道的最低值之一。激光输出的实现归因于EP效应引起的高折射率，增强了模场限制并降低了损耗。
温度对激光阈值的影响
随着温度升高，EP的激子分数降低，导致ng和np下降，激光阈值显著增加。在100 K以上，CW激光输出被抑制。
热管理的关键作用
通过优化纳米带高度和衬底热导率，研究成功实现了在液氮温度下的CW激光输出。热动力学分析表明，较薄的纳米带能够更高效地散热，从而维持稳定的激光输出。
电驱动激光的可行性
在7.8 K下，激光阈值降至0.13 kW cm−2，对应的电流密度为0.28 kA cm−2，表明在低温下实现电驱动激光是可行的。
本研究揭示了CsPbBr3纳米带在CW泵浦下的低阈值激光机制，特别是EP效应在其中的关键作用。通过优化热管理，研究成功实现了在低温下的CW激光输出，并评估了电驱动激光的可行性。这些发现为构建低成本、柔性钙钛矿激光器提供了重要的理论和实验支持。
重要发现
研究首次揭示了EP效应在CsPbBr3纳米带低阈值激光输出中的关键作用，并成功实现了2.6 kW cm−2的低阈值激光输出。
方法新颖性
研究通过优化纳米带高度和衬底热导率，提出了有效的热管理策略，为低温CW激光输出提供了新的解决方案。
研究对象的特殊性
CsPbBr3纳米带作为一种新型增益材料，兼具优异的光学性能和良好的环境稳定性，为钙钛矿激光器的研究提供了新的方向。
研究还探讨了EP效应在其他钙钛矿材料中的普适性，为未来钙钛矿激光器的设计和优化提供了重要参考。此外，研究提出的热管理策略可推广至其他低维半导体材料，具有广泛的应用前景。