The Origin of Threshold Reduction in Random Lasers Based on MoS2/Au NPs: Charge Transfer

还原(数学) 材料科学 激光器 电荷(物理) 光电子学 传输(计算) 光学 物理 计算机科学 量子力学 几何学 并行计算 数学
作者
Yanyan Huo,Ke Sun,Yuqian Zhang,Weihao Liu,Junkun Wang,Yuan Wan,Lina Zhao,Tingyin Ning,Zhen Li,Yingying Ren
出处
期刊:Photonics [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:11 (2): 168-168
标识
DOI:10.3390/photonics11020168
摘要

Random lasers have attracted much attention in recent years owing to their advantages of a simple fabrication process, low processing cost, and material flexibility for any lasing wavelengths. They provide a roadmap for the design of ultra-bright lighting, displays, etc. However, the threshold reduction in random nanolasers remains a challenge in practical applications. In this work, lower-threshold random laser action from monolayer molybdenum disulfide film-encapsulated Au nanoparticles (MoS2/Au NPs) is demonstrated. The observed laser action of the MoS2/Au NPs shows a lower threshold of about 0.564 µJ/mm2, which is about 46.2% lower than the threshold of random lasers based on Au NPs. We proposed that the charge transfer between MoS2 and the gain material is the main reason for the reduction in the random laser threshold. The finite-difference time-domain (FDTD) method was used to calculate the lasing action of these two nanostructures. When charge transfer is taken into account, the theoretically calculated threshold of the MoS2/Au NPs is reduced by 46.8% compared to Au NP samples, which is consistent with the experimental results. This study provides a new mechanism to achieve low-threshold and high-quality random lasers, which has the potential to facilitate the application of random lasers and the development of high-performance optoelectronic devices.
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