Forskere låser billigt materiale op for at forme lys til industrien

Forskere i Australien har fundet en måde at manipulere laserlys til en brøkdel af prisen på den nuværende teknologi.

Opdagelsen, udgivet i Avanceret videnskab , kunne bidrage til at sænke omkostningerne i så forskellige brancher som telekommunikation, medicinsk diagnostik og forbrugeroptoelektronik.

Forskergruppen, ledet af Dr. Girish Lakhwani fra University of Sydney Nano Institute and School of Chemistry, har brugt billige krystaller, kendt som perovskitter, at lave Faraday rotatorer. Disse manipulerer lys i en række enheder på tværs af industri og videnskab ved at ændre lysets grundlæggende egenskab - dets polarisering. Dette giver forskere og ingeniører mulighed for at stabilisere, blokere eller styre lys efter behov.

Faraday rotatorer bruges ved kilden til bredbånd og andre kommunikationsteknologier, blokerer reflekteret lys, der ellers ville destabilisere lasere og forstærkere. De bruges også i optiske switches og fiberoptiske sensorer.

Dr. Lakhwani sagde:"Det globale marked for optiske switches alene er mere værd end US $ 4,5 mia. Og vokser. Den største konkurrencemæssige fordel, perovskitter har i forhold til nuværende Faraday -isolatorer, er de lave omkostninger ved materiale og nem behandling, der muliggør skalerbarhed . "

Til dato, branchestandarden for Faraday rotatorer har været terbiumbaserede granater. Dr. Lakhwani og kolleger ved Australian Research Center of Excellence in Exciton Science har brugt blyhalogenidperovskitter, hvilket kunne vise sig at være et billigere alternativ.

Dr. Lakhwani sagde:"Udvikling og optagelse af vores teknologi kan understøttes af Australiens fremragende positionering i Asien-Stillehavsområdet, som vokser hurtigt på grund af stigende investeringer i sin højhastigheds-kommunikationsinfrastruktur. "

Tilpasning af perovskitter

Blyhalogenidperovskitterne, der bruges af Lakhwani-gruppen, er en klasse materialer, der har vundet stor indpas i det videnskabelige samfund, takket være en kombination af fremragende optiske egenskaber og lave produktionsomkostninger.

"Interessen for perovskitter startede for alvor med solceller, "sagde Dr. Randy Sabatini, en postdoktorforsker, der leder projektet i Lakhwani -gruppen.

"De er effektive og meget billigere end traditionelle siliciumceller, som fremstilles ved hjælp af en dyr proces kendt som Czochralski- eller Cz -metoden. Nu, vi ser på en anden applikation, Faraday rotation, hvor de kommercielle standarder også laves ved hjælp af Cz -metoden. Ligesom i solceller, det ser ud til, at perovskitter også kan konkurrere her. "

I denne avis, teamet viser, at perovskites ydeevne kan konkurrere med kommercielle standarder for bestemte farver inden for det synlige spektrum.

Samarbejde er nøglen

"Som en del af ARC Center of Excellence in Exciton Science (ACEx), vi havde fordel af udveksling af ideer gennem dette højt kaliber center, "Sagde Dr. Lakhwani. Samarbejdspartnere omfattede ACEx-grupper af professor Udo Bach ved Monash University og Dr. Asaph Widmer-Cooper i Sydney, samt professor Anita Ho-Baillie-gruppen ved UNSW. Professor Ho-Baillie er siden tiltrådt University of Sydney som den første John Hooke-formand for nanovidenskab.

"Vi har undersøgt Faraday -rotation i et godt stykke tid, "Dr. Lakhwani sagde." Det er meget svært at finde løsningsbehandlede materialer, der effektivt roterer lyspolarisering. Baseret på deres struktur, vi håbede på, at perovskitter ville være gode, men de overgik virkelig vores forventninger. "

Ser frem til, søgningen efter andre perovskitmaterialer bør støttes af modellering.

"For de fleste materialer, den klassiske teori, der bruges til at forudsige Faraday -rotation, udfører meget dårligt, "sagde Dr. Stefano Bernardi, en postdoktor i Widmer-Cooper-gruppen ved University of Sydney. "Imidlertid, for perovskitter er aftalen overraskende god, så vi håber, at dette vil give os mulighed for at skabe endnu bedre krystaller. "

Teamet har også udført termiske simuleringer for at forstå, hvordan en rigtig enhed ville fungere. Imidlertid, der er stadig arbejde på at gøre kommerciel anvendelse til virkelighed.

"Vi planlægger at fortsætte med at forbedre krystalgennemsigtigheden og vækstens reproducerbarhed, "sagde Chwenhaw Liao, fra UNSW. "Imidlertid, Vi er meget tilfredse med de første fremskridt og er optimistiske for fremtiden. "