Onderzoekers stimuleren de signaalversterking in perovskiet-nanosheets

Perovskietmaterialen trekken nog steeds veel belangstelling voor zonneceltoepassingen. Nu worden de nanostructuren van perovskietmaterialen beschouwd als een nieuw lasermedium. In de loop der jaren is melding gemaakt van lichtversterking in perovskiet-kwantumdots, maar de meeste werken presenteren een ontoereikende kwantitatieve analyse.

Om het lichtversterkingsvermogen te beoordelen is een “versterkingscoëfficiënt” nodig, waardoor de essentiële eigenschap van een lasermedium wordt onthuld. Een efficiënt lasermedium heeft een grote winst, en wetenschappers hebben manieren onderzocht om deze winst te vergroten.

Nu is een team van onderzoekers onder leiding van professor Kwangseuk Kyhm van de afdeling Optica en Mechatronica van de Pusan ​​National University in Korea er nu in geslaagd de signaalversterking in perovskiet-nanosheets van CsPbBr te verbeteren.₃ met een uniek golfgeleiderpatroon.

Hun onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Licht: wetenschap en toepassingen.

Perovskiet-nanosheets zijn tweedimensionale structuren die in velachtige configuraties op nanoschaal zijn gerangschikt en eigenschappen bezitten die ze waardevol maken voor verschillende toepassingen.

Hun prestatie overwint de tekortkomingen van CsPbBr₃ kwantumdots, waarvan de winst inherent beperkt is als gevolg van het Auger-proces, dat in wezen de vervaltijd voor populatie-inversie verkort (een toestand waarin meer leden van het systeem zich in hogere, aangeslagen toestanden bevinden dan in lagere, niet-aangeslagen energietoestanden).

Prof. Kyhm legt uit: “Perovskiet-nanosheets kunnen een nieuw lasermedium zijn, en dit werk heeft aangetoond dat lichtversterking kan worden bereikt op basis van kleine perovskiet-nanosheets die chemisch worden gesynthetiseerd.”

De onderzoekers stelden ook een nieuwe versterkingsanalyse van de “versterkingscontour” voor om de limiet van eerdere versterkingsanalyse te overwinnen. Hoewel de oude methode een versterkingsspectrum biedt, kan deze de versterkingsverzadiging voor lange optische streeplengtes niet analyseren. Omdat de “versterkingscontour” de variatie van de versterking illustreert met betrekking tot spectrumenergie en optische streeplengte, is het erg handig om de lokale versterkingsvariatie langs spectrumenergie en optische streeplengte te analyseren.

De onderzoekers bestudeerden ook de excitatie en temperatuurafhankelijkheid van de versterkingscontour en de golfgeleider met patroon op basis van polyurethaanacrylaat, die zowel de versterking als de thermische stabiliteit van perovskiet-nanoplaten versterkte. Deze verbetering werd toegeschreven aan verbeterde optische opsluiting en warmteafvoer, die werd vergemakkelijkt door de tweedimensionale massamiddelpunt-begrensde excitonen en gelokaliseerde toestanden die voortkwamen uit de inhomogene plaatdikte en de defecttoestanden.

De implementatie van een dergelijke golfgeleider met patroon is veelbelovend voor efficiënte en gecontroleerde signaalversterking en kan bijdragen aan de ontwikkeling van betrouwbaardere en veelzijdigere apparaten op basis van perovskiet-nanosheets, waaronder lasers, sensoren en zonnecellen. Bovendien kan het ook gevolgen hebben voor industrieën die verband houden met het versleutelen en ontsleutelen van informatie, neuromorfe computertechnologie en communicatie met zichtbaar licht.

Bovendien kunnen verbeterde versterking en verhoogde efficiëntie perovskiet-zonnecellen helpen beter te concurreren met traditionele op silicium gebaseerde zonnecellen.

De studie staat ook klaar om de optica en fotonica aanzienlijk te beïnvloeden. De verkregen inzichten kunnen helpen bij het optimaliseren van de laserwerking, het verbeteren van de signaaloverdracht in optische communicatie en het verbeteren van de gevoeligheid in fotodetectoren. Dit zou er op zijn beurt voor kunnen zorgen dat apparaten betrouwbaarder kunnen werken.

Op de lange termijn, wanneer intens licht op nanoschaal nodig is, kunnen perovskiet-nanosheets worden gecombineerd met andere nanostructuren, waardoor het versterkte licht als optische sonde kan dienen. De succesvolle toepassing van perovskiet-nanosheets op diverse gebieden, waaronder consumentenproducten zoals smartphones en verlichting, zou echter afhangen van het overwinnen van uitdagingen die verband houden met hun stabiliteit, schaalbaarheid en toxiciteit.

“Tot nu toe zijn perovskiet-kwantumdots bestudeerd voor lasers, maar dergelijke nuldimensionale structuren hebben fundamentele beperkingen. In dit opzicht suggereert ons werk dat de tweedimensionale structuur van perovskiet-nanosheets een alternatieve oplossing kan zijn”, besluit prof. Kyhm. .