I materiali di perovskite stanno ancora suscitando molto interesse nelle applicazioni delle celle solari. Ora, le nanostrutture dei materiali di perovskite vengono considerate come un nuovo mezzo laser. Nel corso degli anni è stata segnalata l'amplificazione della luce nei punti quantici di perovskite, ma la maggior parte dei lavori presenta un'analisi quantitativa inadeguata.
Per valutare la capacità di amplificazione della luce è necessario un "coefficiente di guadagno", in base al quale viene rivelata la caratteristica essenziale di un mezzo laser. Un mezzo laser efficiente è quello che offre un grande vantaggio e gli scienziati hanno esplorato modi per aumentare questo vantaggio.
Ora, in uno studio recente, un team di ricercatori guidato dal professor Kwangseuk Kyhm del Dipartimento di ottica e meccatronica dell'Università nazionale di Pusan in Corea è riuscito a migliorare l'amplificazione del segnale nei nanofogli di perovskite di CsPbBr3 con un modello di guida d'onda unico.
Il loro studio è pubblicato sulla rivista Light:Science &Applications .
I nanofogli di perovskite sono strutture bidimensionali disposte in configurazioni simili a fogli su scala nanometrica e possiedono caratteristiche che li rendono preziosi per varie applicazioni.
Il loro risultato supera le carenze di CsPbBr3 punti quantici, il cui guadagno è intrinsecamente limitato a causa del processo Auger, che essenzialmente accorcia il tempo di decadimento per l'inversione di popolazione (uno stato in cui più membri del sistema si trovano in stati eccitati più alti che in stati energetici più bassi e non eccitati).
Il prof. Kyhm spiega:"I nanofogli di perovskite possono essere un nuovo mezzo laser e questo lavoro ha dimostrato che l'amplificazione della luce può essere ottenuta sulla base di minuscoli nanofogli di perovskite sintetizzati chimicamente."
I ricercatori hanno anche proposto una nuova analisi del guadagno del "contorno del guadagno" per superare il limite dell'analisi del guadagno precedente. Anche se il vecchio metodo fornisce uno spettro di guadagno, non è in grado di analizzare la saturazione del guadagno per strisce ottiche di grandi lunghezze. Poiché il "contorno del guadagno" illustra la variazione del guadagno rispetto all'energia dello spettro e alla lunghezza della striscia ottica, è molto conveniente analizzare la variazione locale del guadagno lungo l'energia dello spettro e la lunghezza della striscia ottica.
I ricercatori hanno anche studiato l'eccitazione e la dipendenza dalla temperatura del contorno del guadagno e della guida d'onda modellata basata su poliuretano-acrilato, che ha potenziato sia il guadagno che la stabilità termica dei nanofogli di perovskite. Questo miglioramento è stato attribuito al miglioramento del confinamento ottico e della dissipazione del calore, facilitato dagli eccitoni bidimensionali confinati nel centro di massa e dagli stati localizzati derivanti dallo spessore disomogeneo del foglio e dagli stati di difetto.
L’implementazione di una guida d’onda così modellata è promettente per un’amplificazione del segnale efficiente e controllata e può contribuire allo sviluppo di dispositivi più affidabili e versatili basati su nanofogli di perovskite, inclusi laser, sensori e celle solari. Inoltre, potrebbe avere un impatto anche sui settori legati alla crittografia e decrittografia delle informazioni, al calcolo neuromorfico e alla comunicazione a luce visibile.
Inoltre, una maggiore amplificazione e una maggiore efficienza possono aiutare le celle solari in perovskite a competere meglio con le tradizionali celle solari a base di silicio.
Lo studio è anche pronto a influenzare in modo significativo l’ottica e la fotonica. Le conoscenze acquisite possono contribuire a ottimizzare il funzionamento del laser, migliorare la trasmissione del segnale nella comunicazione ottica e migliorare la sensibilità dei fotorilevatori. Ciò, a sua volta, potrebbe consentire ai dispositivi di funzionare in modo più affidabile.
A lungo termine, quando è necessaria una luce intensa su scala nanometrica, i nanofogli di perovskite possono essere combinati con altre nanostrutture, consentendo alla luce amplificata di fungere da sonda ottica. Tuttavia, il successo dell'applicazione dei nanofogli di perovskite in diverse aree, compresi prodotti di consumo come smartphone e illuminazione, dipenderebbe dal superamento delle sfide legate alla loro stabilità, scalabilità e tossicità.
"Finora, i punti quantici di perovskite sono stati studiati per i laser, ma tali strutture a dimensione zero presentano limiti fondamentali. A questo proposito, il nostro lavoro suggerisce che la struttura bidimensionale dei nanofogli di perovskite può essere una soluzione alternativa", conclude il Prof. Kyhm. .
Ulteriori informazioni: Inhong Kim et al, Miglioramento del guadagno di nanofogli di perovskite mediante una guida d'onda modellata:eccitazione e dipendenza dalla temperatura della saturazione del guadagno, Luce:scienza e applicazioni (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01313-0
Informazioni sul giornale: Luce:scienza e applicazioni
Fornito dall'Università nazionale di Pusan
