Perovskieten onthullen ultrasnel kwantumlicht in nieuw onderzoek

Van halide-perovskieten – die al centraal staan ​​in groot onderzoek naar efficiënte, goedkope zonnecellen – is aangetoond dat ze sneller met licht omgaan dan de meeste halfgeleiders op de markt.

Een nieuw artikel, gepubliceerd in Natuur Nanotechnologierapporteert kwantumtransiënten op de schaal van ~2 picoseconden bij lage temperatuur in bulkformamidinium-loodjodidefilms gegroeid door schaalbare oplossings- of dampmethoden. Die ultrasnelle tijdschaal duidt op gebruik in zeer snelle lichtbronnen en andere fotonische componenten. Cruciaal is dat deze effecten naar voren komen in films die zijn gemaakt met behulp van schaalbare verwerking in plaats van gespecialiseerde groei in laboratoriumomgevingen – wat een praktische en betaalbare route suggereert om ultrasnelle kwantumtechnologie te verkennen.

“Perovskieten blijven ons verrassen”, zegt professor Sam Stranks, die het onderzoek leidde. “Deze ontdekking laat zien hoe hun intrigerende structuur op nanoschaal aanleiding geeft tot intrinsieke kwantumeigenschappen die kunnen worden benut voor toekomstige fotonische technologieën.”

Gezamenlijke eerste auteurs in de Optoelectronic Materials and Device Spectroscopie Group van Prof Stranks, postdoctoraal onderzoeker Dr. Dengyang Guo en Ph.D. student Tom Selby, combineerde ultrasnelle spectroscopie met optische en elektronenmicroscopie om de oorsprong van het effect te achterhalen. Het team schrijft de snelle emissie toe aan kwantumtunneling in geordende superroosters van nanodomeinen: afwisselende structurele domeinen binnen het materiaal die de voorwaarden scheppen voor zeer snelle stralingsrecombinatie.

Dr. Guo zei: “Het is opwindend om deze ultrasnelle effecten in schaalbare films te zien. Het laat zien dat perovskieten zelfs meer te bieden hebben dan we ons realiseerden, naast de optimalisatie van zonnecellen.”

Selby voegde hieraan toe: “Het feit dat we de emissie terug naar de structuur konden traceren was een eye-opener – het is echt spannend om na te denken over het potentieel waar dit onderzoek toe zou kunnen leiden.”

Het onderzoek benadrukt zowel kansen als voorzichtigheid. De ultrasnelle transiënten wijzen op mogelijke toepassingen, bijvoorbeeld ultrasnelle zenders of verhoogde nauwkeurigheid bij metingen. Maar de metingen werden uitgevoerd bij lage temperaturen, en het artikel rapporteert geen prestaties bij kamertemperatuur of kwantumoptische maatstaven zoals de zuiverheid van één foton of de niet-onderscheidbaarheid. Het toont echter verder het multi-gebruikspotentieel van halogenide-perovskieten aan.