Forskere øger signalforstærkningen i perovskite nanoark

Perovskitmaterialer tiltrækker stadig stor interesse for solcelleapplikationer. Nu betragtes nanostrukturerne af perovskitmaterialer som et nyt lasermedium. I årenes løb er lysforstærkning i perovskit-kvanteprikker blevet rapporteret, men de fleste af værkerne præsenterer utilstrækkelig kvantitativ analyse.

For at vurdere lysforstærkningsevnen er en "forstærkningskoefficient" nødvendig, hvorved den væsentlige egenskab ved et lasermedium afsløres. Et effektivt lasermedium er et, der har en stor gevinst, og videnskabsmænd har undersøgt måder at øge denne gevinst på.

I en nylig undersøgelse har et team af forskere ledet af professor Kwangseuk Kyhm fra Institut for Optik og Mekatronik ved Pusan ​​National University i Korea formået at forbedre signalforstærkningen i perovskit-nanoark af CsPbBr₃ med et unikt bølgeledermønster.

Deres undersøgelse er offentliggjort i tidsskriftet Light:Science &Applications .

Perovskite nanoark er todimensionelle strukturer arrangeret i arklignende konfigurationer på nanoskalaen og har egenskaber, der gør dem værdifulde til forskellige anvendelser.

Deres præstation overvinder manglerne ved CsPbBr₃ kvanteprikker, hvis gevinst i sagens natur er begrænset på grund af Auger-processen, som i det væsentlige forkorter henfaldstiden for populationsinversion (en tilstand, hvor flere medlemmer af systemet er i højere, exciterede tilstande end i lavere, uexciterede energitilstande).

Prof. Kyhm forklarer, "Perovskite nanosheets kan være et nyt lasermedium, og dette arbejde har vist, at lysforstærkning kan opnås baseret på bittesmå perovskite nanosheets, der syntetiseres kemisk."

Forskerne foreslog også en ny forstærkningsanalyse af "forstærkningskontur" for at overvinde grænsen for tidligere forstærkningsanalyse. Mens den gamle metode giver et forstærkningsspektrum, kan den ikke analysere forstærkningsmætningen for lange optiske striberlængder. Fordi "forstærkningskonturen" illustrerer variationen af ​​forstærkningen med hensyn til spektrumenergi og optisk stribelængde, er det meget praktisk at analysere den lokale forstærkningsvariation langs spektrumenergi og optisk stribelængde.

Forskerne undersøgte også excitationen og temperaturafhængigheden af ​​forstærkningskonturen og den mønstrede bølgeleder baseret på polyurethan-acrylat, hvilket øgede både forstærkningen og den termiske stabilitet af perovskit-nanoark. Denne forbedring blev tilskrevet forbedret optisk indeslutning og varmeafledning, hvilket blev lettet af de todimensionelle massemidtpunkt afgrænsede excitoner og lokaliserede tilstande, der opstod fra den inhomogene pladetykkelse og defekte tilstande.

Implementeringen af ​​en sådan mønstret bølgeleder er lovende for effektiv og kontrolleret signalforstærkning og kan bidrage til udviklingen af ​​mere pålidelige og alsidige enheder baseret på perovskite nanoark, herunder lasere, sensorer og solceller. Derudover kan det også påvirke industrier relateret til kryptering og dekryptering af information, neuromorfisk databehandling og kommunikation med synligt lys.

Ydermere kan forbedret forstærkning og øget effektivitet hjælpe perovskit-solceller til at konkurrere bedre med traditionelle siliciumbaserede solceller.

Undersøgelsen er også klar til at påvirke optik og fotonik betydeligt. Den opnåede indsigt kan hjælpe med at optimere laserdriften, forbedre signaltransmissionen i optisk kommunikation og forbedre følsomheden i fotodetektorer. Dette kunne igen gøre det muligt for enheder at fungere mere pålideligt.

På lang sigt, når der er behov for intenst lys på nanoskala, kan perovskit nanoark kombineres med andre nanostrukturer, hvilket gør det muligt for det forstærkede lys at tjene som en optisk sonde. Men den vellykkede anvendelse af perovskit-nanoark på forskellige områder, herunder forbrugerprodukter som smartphones og belysning, vil afhænge af at overvinde udfordringer relateret til deres stabilitet, skalerbarhed og toksicitet.

"Indtil videre er perovskit-kvanteprikker blevet undersøgt for lasere, men sådanne nuldimensionelle strukturer har fundamentale begrænsninger. I denne henseende tyder vores arbejde på, at den todimensionelle struktur af perovskit-nanoark kan være en alternativ løsning," slutter Prof. Kyhm .

Flere oplysninger: Inhong Kim et al., Forstærkning af perovskit-nanoark med en mønstret bølgeleder:excitation og temperaturafhængighed af forstærkningsmætning, Light:Science &Applications (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01313-0

Journaloplysninger: Lys:Videnskab og applikationer

Leveret af Pusan ​​National University