Perowskity 1D odrywają się od arkuszy 2D i mogą umożliwić produkcję tanich laserów badania

Wytworzono niskostratne, chemicznie stabilne nanodruty perowskitowe, stosując proste osadzanie roztworów.¹ Technologia ta umożliwia wytwarzanie optycznie aktywnych falowodów, a tym samym umożliwia skalowalną produkcję zminiaturyzowanych i niedrogich laserów do zastosowań w czujnikach.

Perowskity halogenkowo-ołowiowe są często postrzegane jako obiecujący materiał do fotowoltaiki, ponieważ ich bezpośrednie pasma wzbronione sprawiają, że są one bardziej absorbujące optycznie niż krzem i można je dostrajać poprzez zmianę określonych kationów i anionów w sieci. Ponadto perowskity można osadzać bezpośrednio z roztworu. W zasadzie powinni też produkować doskonałe półprzewodnikowe diody LED i lasery.

Laser perowskitowy został po raz pierwszy zademonstrowany ponad 10 lat temu przez badaczy Sung Jina A jego koledzy z Uniwersytetu Wisconsin w Madison w USA odkryli, jak przekształcić struktury perowskitu 3D w nanodruty.² Jednak perowskity 3D borykają się z poważnymi problemami ze stabilnością, ponieważ jony mają tendencję do migracji w obrębie sieci. Perowskity organiczne i nieorganiczne 2D są z natury bardziej stabilne – na powierzchni fotowoltaiki perowskitowej często hoduje się dwuwymiarową warstwę „pasywacyjną”, aby pomóc je ustabilizować.

W nowej pracy naukowcy wyprodukowali dwuwymiarowe nanodruty perowskitowe na podstawie szablonu molekularnego. „To było trochę przypadkowe odkrycie” – mówi. Litian Du Z Uniwersytetu Purdue w Indianie. „Duża część wysiłków mojej grupy polega na projektowaniu nowych kationów, które można składać w perowskity 2D. W przeszłości stworzyliśmy wiele sprzężonych struktur, dzięki którym perowskity były bardzo stabilne. Naukowcy wykorzystali kation organiczny, który tworzył regularne wiązania z miejscami w związkach nieorganicznych warstwę perowskitów, tworząc na podłożu sieć równoległych nanodrutów połączonych wiązaniami wodorowymi, z tłumieniem wzrostu w innych kierunkach.

Jednak sieć wiązań wodorowych była zbyt silna, aby przeciąć nanodruty. Naukowcy odkryli, że występowały defekty kryształów i podejrzewali, że są one spowodowane naprężeniami w sieci nieorganicznej. Zastąpili więc kation organiczny innym kationem, pozwalając na pewne przerwy w łańcuchu wiązań wodorowych. Wykazali, że w ten sposób powstają czyste nanodruty, z których powstają lasery o bardzo niskim progu, których pasma wzbronione można dostrajać poprzez zmianę innych jonów.

„Istnieje ogromne zapotrzebowanie na tanie lasery do czujników, lidarów i Internetu rzeczy” – mówi Du. Obecnie takie zminiaturyzowane lasery można wdrożyć jedynie przy użyciu urządzeń półprzewodnikowych, takich jak arsenek galu, które wykorzystują droższe materiały i muszą być wytwarzane przy użyciu skomplikowanych technik, takich jak chemiczne osadzanie z fazy gazowej lub osadzanie za pomocą wiązek molekularnych.

Jin był pod wrażeniem stworzenia przez badaczy dwuwymiarowych nanodrutów perowskitowych. Mówi, że jego grupa chciała to osiągnąć przez wiele lat, ale nie udało jej się tego osiągnąć. Ostrzega, że ​​zastosowana tutaj specyficzna technika, która polega na dostosowaniu ligandu organicznego w taki sposób, aby był unieruchomiony w określonym punkcie warstwy nieorganicznej, może wykluczać jej zastosowanie do innych perowskitów o pożądanych właściwościach fotofizycznych. Twierdzi jednak, że rosnąca zdolność do hodowli monokryształów perowskitu prawdopodobnie doprowadzi w najbliższej przyszłości do ponownego zainteresowania laserami perowskitowymi i podsumowuje: „Z tego punktu widzenia jest to bardzo przydatny i ważny postęp”.