We report optically pumped random lasing in planar methylammonium lead iodide perovskite microcrystal networks that form spontaneously from spin coating. Low thresholds (<200 μJ/cm2) and narrow linewidths (Δλ < 0.5 nm) reflect lasing from closed quasi-modes that result from ballistic waveguiding in linear network segments linked by scattering at the junctions. Spatio-spectral imaging indicates that these quasi-modes extend over lateral length scales >100 μm and spatially overlap with one another, resulting in chaotic pulse-to-pulse intensity fluctuations due to gain competition. These results demonstrate this class of hybrid organic-inorganic perovskite as a platform to study random lasing with well-defined, low-level disorder, and support the potential of these materials for use in semiconductor laser applications.

1.
M. M.
Lee
,
J.
Teuscher
,
T.
Miyasaka
,
T. N.
Murakami
, and
H. J.
Snaith
,
Science
338
,
643
(
2012
).
2.
H. S.
Kim
,
C. R.
Lee
,
J. H.
Im
,
K. B.
Lee
,
T.
Moehl
,
A.
Marchioro
,
S. J.
Moon
,
R.
Humphry-Baker
,
J. H.
Yum
,
J. E.
Moser
,
M.
Gratzel
, and
N. G.
Park
,
Sci. Rep.
2
,
591
(
2012
).
3.
A.
Kojima
,
K.
Teshima
,
Y.
Shirai
, and
T.
Miyasaka
,
J. Am. Chem. Soc.
131
,
6050
(
2009
).
4.
S. D.
Stranks
,
G. E.
Eperon
,
G.
Grancini
,
C.
Menelaou
,
M. J. P.
Alcocer
,
T.
Leijtens
,
L. M.
Herz
,
A.
Petrozza
, and
H. J.
Snaith
,
Science
342
,
341
(
2013
).
5.
K.
Tvingstedt
,
O.
Malinkiewicz
,
A.
Baumann
,
C.
Deibel
,
H. J.
Snaith
,
V.
Dyakonov
, and
H. J.
Bolink
,
Sci. Rep.
4
,
6071
(
2014
).
6.
W. J.
Yin
,
T. T.
Shi
, and
Y. F.
Yan
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
063903
(
2014
).
7.
F.
Deschler
,
M.
Price
,
S.
Pathak
,
L. E.
Klintberg
,
D. D.
Jarausch
,
R.
Higler
,
S.
Huttner
,
T.
Leijtens
,
S. D.
Stranks
,
H. J.
Snaith
,
M.
Atature
,
R. T.
Phillips
, and
R. H.
Friend
,
J. Phys. Chem. Lett.
5
,
1421
(
2014
).
8.
K.
Chondroudis
and
D. B.
Mitzi
,
Chem. Mater.
11
,
3028
(
1999
).
9.
J. H.
Noh
,
S. H.
Im
,
J. H.
Heo
,
T. N.
Mandal
, and
S. I.
Seok
,
Nano Lett.
13
,
1764
(
2013
).
10.
G. C.
Xing
,
N.
Mathews
,
S. S.
Lim
,
N.
Yantara
,
X. F.
Liu
,
D.
Sabba
,
M.
Gratzel
,
S.
Mhaisalkar
, and
T. C.
Sum
,
Nat. Mater.
13
,
476
(
2014
).
11.
S. A.
Kulkarni
,
T.
Baikie
,
P. P.
Boix
,
N.
Yantara
,
N.
Mathews
, and
S.
Mhaisalkar
,
J. Mater. Chem. A
2
,
9221
(
2014
).
12.
P.
Docampo
,
J. M.
Ball
,
M.
Darwich
,
G. E.
Eperon
, and
H. J.
Snaith
,
Nat. Commun.
4
,
2761
(
2013
).
13.
D. Y.
Liu
and
T. L.
Kelly
,
Nat. Photonics
8
,
133
(
2014
).
14.
J.
Burschka
,
N.
Pellet
,
S. J.
Moon
,
R.
Humphry-Baker
,
P.
Gao
,
M. K.
Nazeeruddin
, and
M.
Gratzel
,
Nature
499
,
316
(
2013
).
15.
A.
Mei
,
X.
Li
,
L.
Liu
,
Z.
Ku
,
T.
Liu
,
Y.
Rong
,
M.
Xu
,
M.
Hu
,
J.
Chen
,
Y.
Yang
,
M.
Grätzel
, and
H.
Han
,
Science
345
,
295
(
2014
).
16.
A. T.
Barrows
,
A. J.
Pearson
,
C. K.
Kwak
,
A. D. F.
Dunbar
,
A. R.
Buckley
, and
D. G.
Lidzey
,
Energy Environ. Sci.
7
,
2944
(
2014
).
17.
H.
Cao
,
J. Phys. A: Math. Gen.
38
,
10497
(
2005
).
18.
D. S.
Wiersma
,
Nat. Phys.
4
,
359
(
2008
).
19.
T.
Baikie
,
Y. N.
Fang
,
J. M.
Kadro
,
M.
Schreyer
,
F. X.
Wei
,
S. G.
Mhaisalkar
,
M.
Graetzel
, and
T. J.
White
,
J. Mater. Chem. A
1
,
5628
(
2013
).
20.
C.
Wehrenfennig
,
M. Z.
Liu
,
H. J.
Snaith
,
M. B.
Johnston
, and
L. M.
Herz
,
J. Phys. Chem. Lett.
5
,
1300
(
2014
).
21.
V. M.
Apalkov
and
M. E.
Raikh
,
Phys. Rev. B
71
,
054203
(
2005
).
22.
Y.
Ling
,
H.
Cao
,
A. L.
Burin
,
M. A.
Ratner
,
C.
Liu
, and
R. P. H.
Chang
,
Phys. Rev. A
64
,
063808
(
2001
).
23.
S.
Kena-Cohen
,
P. N.
Stavrinou
,
D. D. C.
Bradley
, and
S. A.
Maier
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
041114
(
2011
).
24.
V. M.
Apalkov
,
M. E.
Raikh
, and
B.
Shapiro
, “
Coherent Random Lasing and ‘Almost Localized’ Photon Modes
,” in
Anderson Localization and Its Ramifications: Disorder, Phase Coherence, and Electron Correlations
, Lecture Notes in Physics Vol.
630
, edited by
T.
Brandes
and
S.
Kettemann
(
Springer
,
2003
), p.
119
.
25.
R. C.
Polson
,
G.
Levina
, and
Z. V.
Vardeny
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
3858
(
2000
).
26.
A.
Tulek
,
R. C.
Polson
, and
Z. V.
Vardeny
,
Nat. Phys.
6
,
303
(
2010
).
27.
A.
Filippetti
and
A.
Mattoni
,
Phys. Rev. B
89
,
125203
(
2014
).
You do not currently have access to this content.