Des chercheurs améliorent l’amplification du signal dans les nanofeuilles de pérovskite


Les nanofeuilles de pérovskite présentent des caractéristiques distinctives avec des applications significatives en science et technologie. Dans une étude récente, des chercheurs coréens et britanniques ont obtenu une amplification améliorée du signal dans CsPbBr3 des nanofeuilles de pérovskite avec un motif de guide d'onde unique, qui améliorent à la fois le gain et la stabilité thermique. Ces avancées ont de vastes implications pour les applications des lasers, des capteurs et des cellules solaires, et peuvent potentiellement influencer des domaines tels que la surveillance environnementale, les processus industriels et les soins de santé.

Les matériaux pérovskites suscitent toujours beaucoup d’intérêt dans les applications de cellules solaires. Désormais, les nanostructures des matériaux pérovskites sont considérées comme un nouveau support laser. Au fil des années, une amplification de la lumière dans les points quantiques de pérovskite a été rapportée, mais la plupart des travaux présentent une analyse quantitative inadéquate. Pour évaluer la capacité d'amplification de la lumière, un « coefficient de gain » est nécessaire, ce qui révèle les caractéristiques essentielles d'un milieu laser. Un milieu laser efficace est celui qui présente un gain important.

Les scientifiques ont exploré des moyens d’augmenter ce gain. Aujourd'hui, dans une étude récente, une équipe de chercheurs, dirigée par le professeur Kwangseuk Kyhm du département d'optique et de mécatronique de l'université nationale de Pusan ​​en Corée, a réussi à améliorer l'amplification du signal dans les nanofeuillets de pérovskite de CsPbBr.3 avec un motif de guide d'ondes unique. Leur étude a été publiée dans la revue Light : Science & Applications le 24 novembre 2023.

Les nanofeuilles de pérovskite sont des structures bidimensionnelles disposées dans des configurations en forme de feuille à l'échelle nanométrique et possèdent des caractéristiques qui les rendent précieuses pour diverses applications. Leur réalisation pallie les défauts du CsPbBr3 les points quantiques, dont le gain est intrinsèquement limité en raison du processus Auger, qui raccourcit essentiellement le temps de désintégration pour l'inversion de population (un état dans lequel davantage de membres du système se trouvent dans des états d'énergie plus élevés et excités que dans des états d'énergie plus faibles et non excités). Le professeur Kyhm explique : « Les nanofeuilles de pérovskite peuvent constituer un nouveau support laser, et ces travaux ont démontré qu'une amplification de la lumière peut être obtenue sur la base de minuscules nanofeuilles de pérovskite synthétisées chimiquement.

Les chercheurs ont également proposé une nouvelle analyse de gain du « contour de gain » pour surmonter les limites de l'analyse de gain antérieure. Bien que l’ancienne méthode fournisse un spectre de gain, elle est incapable d’analyser la saturation du gain pour de longues longueurs de bandes optiques. Etant donné que le « contour de gain » illustre la variation du gain par rapport à l'énergie spectrale et à la longueur de la bande optique, il est très pratique d'analyser la variation locale du gain le long de l'énergie spectrale et de la longueur de la bande optique.

Les chercheurs ont également étudié l'excitation et la dépendance à la température du contour de gain et du guide d'onde à motifs, à base de polyuréthane-acrylate, qui ont amélioré à la fois le gain et la stabilité thermique des nanofeuilles de pérovskite. Cette amélioration a été attribuée à un confinement optique et à une dissipation thermique améliorés, facilités par les excitons confinés au centre de masse bidimensionnel et les états localisés résultant de l'épaisseur de feuille inhomogène et des états de défaut.

La mise en œuvre d’un tel guide d’ondes à motifs est prometteuse pour une amplification efficace et contrôlée du signal et peut contribuer au développement de dispositifs plus fiables et polyvalents basés sur des nanofeuilles de pérovskite, notamment des lasers, des capteurs et des cellules solaires. En outre, cela pourrait également avoir un impact sur les industries liées au cryptage et au déchiffrement de l’information, à l’informatique neuromorphique et à la communication par lumière visible. En outre, une amplification améliorée et une efficacité accrue peuvent aider les cellules solaires à pérovskite à mieux rivaliser avec les cellules solaires traditionnelles à base de silicium.

L’étude est également sur le point d’influencer de manière significative l’optique et la photonique. Les informations acquises peuvent aider à optimiser le fonctionnement du laser, à améliorer la transmission du signal dans la communication optique et à améliorer la sensibilité des photodétecteurs. Ceci, à son tour, pourrait permettre aux appareils de fonctionner de manière plus fiable.

À long terme, lorsqu’une lumière intense est nécessaire à l’échelle nanométrique, les nanofeuillets de pérovskite peuvent être combinés avec d’autres nanostructures, permettant à la lumière amplifiée de servir de sonde optique. Cependant, l’application réussie des nanofeuilles de pérovskite dans divers domaines, notamment dans les produits de consommation tels que les smartphones et l’éclairage, dépendrait de la réussite des défis liés à leur stabilité, leur évolutivité et leur toxicité.

« Jusqu'à présent, les points quantiques de pérovskite ont été étudiés pour les lasers, mais de telles structures zéro dimensionnelles présentent des limites fondamentales. À cet égard, nos travaux suggèrent que la structure bidimensionnelle des nanofeuillets de pérovskite peut constituer une solution alternative », conclut le professeur Kyhm. .

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