I ricercatori in Australia hanno trovato un modo per manipolare la luce laser a una frazione del costo della tecnologia attuale.

La scoperta, pubblicato in Scienze avanzate , potrebbe aiutare a ridurre i costi in settori diversi come le telecomunicazioni, diagnostica medica e optoelettronica di consumo.

Il gruppo di ricerca, guidato dal Dr. Girish Lakhwani dell'Università di Sydney Nano Institute and School of Chemistry, ha usato cristalli poco costosi, note come perovskiti, per fare rotatori di Faraday. Questi manipolano la luce in una serie di dispositivi nell'industria e nella scienza alterando una proprietà fondamentale della luce:la sua polarizzazione. Questo dà a scienziati e ingegneri la capacità di stabilizzare, luci di blocco o sterzo a richiesta.

I rotatori di Faraday sono utilizzati alla fonte della banda larga e di altre tecnologie di comunicazione, bloccando la luce riflessa che altrimenti destabilizzerebbe laser e amplificatori. Sono utilizzati anche negli interruttori ottici e nei sensori in fibra ottica.

Il Dr. Lakhwani ha dichiarato:"Il mercato globale degli interruttori ottici da solo vale più di 4,5 miliardi di dollari ed è in crescita. Il principale vantaggio competitivo che le perovskiti hanno rispetto agli attuali isolatori di Faraday è il basso costo del materiale e la facilità di elaborazione che consentirebbe la scalabilità. ."

Ad oggi, lo standard industriale per i rotatori di Faraday è stato il granato a base di terbio. Il dott. Lakhwani e i colleghi dell'Australian Research Center of Excellence in Exciton Science hanno utilizzato perovskiti di alogenuro di piombo, che potrebbe rivelarsi un'alternativa meno costosa.

Il Dr. Lakhwani ha dichiarato:"Lo sviluppo e l'adozione della nostra tecnologia potrebbero essere aiutati dall'eccellente posizionamento dell'Australia nella regione Asia-Pacifico, che sta crescendo rapidamente grazie ai crescenti investimenti nella sua infrastruttura di comunicazione ad alta velocità."

Adattamento delle perovskiti

Le perovskiti alogenuro di piombo utilizzate dal gruppo Lakhwani sono una classe di materiali che sta guadagnando molta attenzione nella comunità scientifica, grazie ad una combinazione di eccellenti proprietà ottiche e bassi costi di produzione.

"L'interesse per le perovskiti è iniziato davvero con le celle solari, " ha detto il dottor Randy Sabatini, un ricercatore post-dottorato a capo del progetto nel gruppo Lakhwani.

"Sono efficienti e molto meno costosi delle tradizionali celle al silicio, che sono realizzati utilizzando un processo costoso noto come metodo Czochralski o Cz. Ora, stiamo esaminando un'altra applicazione, rotazione di Faraday, dove gli standard commerciali sono realizzati anche con il metodo Cz. Proprio come nelle celle solari, sembra che le perovskiti potrebbero essere in grado di competere anche qui".

In questo documento, il team mostra che le prestazioni delle perovskiti possono competere con quelle degli standard commerciali per determinati colori all'interno dello spettro visibile.

La collaborazione è fondamentale

"Come parte dell'ARC Center of Excellence in Exciton Science (ACEx), abbiamo beneficiato dello scambio di idee attraverso questo centro di alto livello, " Ha detto il dott. Lakhwani. I collaboratori includevano i gruppi ACEx del professor Udo Bach alla Monash University e del dott. Asaph Widmer-Cooper a Sydney, così come il gruppo della professoressa Anita Ho-Baillie all'UNSW. Da allora il professor Ho-Baillie è entrato a far parte dell'Università di Sydney come John Hooke Chair of Nanoscience inaugurale.

"Stiamo esaminando la rotazione di Faraday da un po' di tempo, " Ha detto il dottor Lakhwani. "È molto difficile trovare materiali elaborati in soluzione che ruotino efficacemente la polarizzazione della luce. In base alla loro struttura, speravamo che le perovskiti fossero buone, ma hanno davvero superato le nostre aspettative."

Guardando avanti, la ricerca di altri materiali perovskite dovrebbe essere aiutata dalla modellazione.

"Per la maggior parte dei materiali, la teoria classica utilizzata per prevedere la rotazione di Faraday funziona molto male, " ha affermato il Dott. Stefano Bernardi, un ricercatore post-dottorato nel gruppo Widmer-Cooper presso l'Università di Sydney. "Però, per le perovskiti l'accordo è sorprendentemente buono, quindi speriamo che questo ci permetterà di creare cristalli ancora migliori."

Il team ha anche eseguito simulazioni termiche per capire come funzionerebbe un dispositivo reale. Però, c'è ancora del lavoro da fare per rendere l'applicazione commerciale una realtà.

"Abbiamo in programma di continuare a migliorare la trasparenza dei cristalli e la riproducibilità della crescita, " disse Chwenhaw Liao, dall'UNSW. "Però, siamo molto contenti dei progressi iniziali e ottimisti per il futuro".