Perovskites – fremtidens materialer i optisk kommunikation

Forskere ved universiteterne i Linköping og Shenzhen har vist, hvordan en uorganisk perovskit kan gøres til en billig og effektiv fotodetektor, der overfører både tekst og musik. "Det er et lovende materiale til fremtidig hurtig optisk kommunikation", siger Feng Gao, forsker ved Linköpings Universitet.

"Perovskiter af uorganiske materialer har et enormt potentiale til at påvirke udviklingen af ​​optisk kommunikation. Disse materialer har hurtige responstider, er nemme at fremstille, og er ekstremt stabile." Sådan siger Feng Gao, lektor ved LiU, sammen med kolleger, der inkluderer Chunxiong Bao, postdoc ved LiU, og videnskabsmænd ved Shenzhen Universitet, har offentliggjort resultaterne i det prestigefyldte tidsskrift Avancerede materialer .

Al optisk kommunikation kræver hurtige og pålidelige fotodetektorer – materialer, der fanger et lyssignal og konverterer det til et elektrisk signal. Nuværende optiske kommunikationssystemer bruger fotodetektorer lavet af materialer som silicium og indium galliumarsenid. Men de er dyre, dels fordi de er komplicerede at fremstille. I øvrigt, disse materialer kan ikke bruges i nogle nye enheder, såsom mekanisk fleksibel, lette eller store enheder.

Forsker har søgt billig erstatning, eller i det mindste supplerende, materialer i mange år, og har set på, for eksempel, organiske halvledere. Imidlertid, ladningstransporten af ​​disse har vist sig at være for langsom. En fotodetektor skal være hurtig.

De nye perovskitmaterialer har været ekstremt interessante i forskning siden 2009, men fokus har været på deres anvendelse i solceller og effektive lysdioder. Feng Gao, forsker i biomolekylær og organisk elektronik ved LiU, blev tildelt et Starting Grant på EUR 1,5 mio. fra European Research Council (ERC) i efteråret 2016, beregnet til forskning i brug af perovskiter i lysdioder.

Perovskiter danner en helt ny familie af halvledende materialer, der er defineret af deres krystalstrukturer. De kan bestå af både organiske og uorganiske stoffer. De har gode lysemitterende egenskaber og er nemme at fremstille. Til applikationer som lysemitterende dioder og effektive solceller, mest interesse har været på perovskitter, der består af et organisk stof (indeholdende kulstof og brint), metal, og halogen (fluor, klor, brom eller jod) ioner. Imidlertid, når denne sammensætning blev brugt i fotodetektorer, det viste sig at være for ustabilt.

Resultaterne ændrede sig, imidlertid, når Chunxiong Bao brugte de rigtige materialer, og formåede at optimere fremstillingsprocessen og filmens struktur.

Filmen i den nye perovskite, som kun indeholder uorganiske grundstoffer (cæsium, at føre, jod og brom), er blevet testet i et system til optisk kommunikation, hvilket bekræftede dets evne til at overføre både tekst og billeder, hurtigt og pålideligt. Kvaliteten blev ikke forringet, selv efter 2, 000 timer ved stuetemperatur.

"Det er meget glædeligt, at vi allerede har opnået resultater, der er meget tæt på anvendelse, " siger Feng Gao, hvem leder forskningen, sammen med professor Wenjing Zhang ved Shenzhen Universitet.