Fontes de luz e detectores são componentes-chave de inúmeros dispositivos tecnológicos no mercado hoje. Por exemplo, diodos emissores de luz (LEDs) são frequentemente usados ​​como fonte de luz em monitores e outras tecnologias, enquanto fotodiodos são usados ​​para detectar luz em sensores, ferramentas de imagem e comunicação de fibra óptica.

As fontes de luz e detectores existentes compreendem dois tipos distintos de dispositivos com funções marcadamente diferentes. Desenvolver um dispositivo que pode gerar e detectar luz, Contudo, poderia permitir o projeto de tecnologias menores e mais inteligentes.

Pesquisadores da Linköping University na Suécia, A Universidade de Shenzhen e várias outras universidades na China fabricaram recentemente um diodo eficiente, capaz de emitir e detectar luz. Este novo dispositivo, apresentado em um artigo publicado em Nature Electronics , foi construído usando um material de perovskita processado em solução.

"Se tivéssemos um dispositivo de dupla função que pudesse emitir e detectar luz com eficiência, poderíamos usar um único dispositivo para fazer o trabalho que normalmente requer dois dispositivos convencionais, "Feng Gao, investigador principal do estudo, disse TechXplore. "Isso não só pode reduzir o custo dos dispositivos, mas também facilita a integração de fontes de luz e detectores em chips optoeletrônicos. "

Em um estudo anterior apresentado em Nature Photonics , Gao e seus colegas identificaram um mecanismo conhecido como 'efeito de passivação' em filmes de perovskita, que são materiais emergentes usados ​​para construir LEDs. Eles então projetaram um passivador eficiente (ou seja, uma substância que pode reparar os defeitos no semicondutor) e usá-lo para melhorar a eficiência quântica de LEDs perovskita no infravermelho próximo para mais de 21%.

"Com base neste trabalho anterior, estudamos ainda mais a função de detecção de luz desses dispositivos e descobrimos que eles também mostram um desempenho de fotodetecção notável, "Chunxiong Bao, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse TechXplore. "Em nosso estudo recente, concentramos nossos esforços em melhorar simultaneamente o desempenho de emissão e detecção de luz de diodos à base de perovskita, demonstrando sua viabilidade como dispositivos 'dois em um' de detecção e emissão de luz eficientes. "

O material perovskita que Gao, Bao e seus colegas costumavam construir seu diodo tem várias propriedades fotoelétricas exclusivas. Além de uma alta eficiência quântica de fotoluminescência (PLQE), que é ideal para o desenvolvimento de LEDs de alto desempenho, o material tem um alto coeficiente de absorção, permitindo a fotodetecção.

O material também exibe uma alta mobilidade de portador e pode, portanto, ser usado para fabricar filmes de uma variedade de espessuras. Finalmente, os pesquisadores observaram uma grande sobreposição entre os espectros de absorção e fotoluminescência da perovskita. Isso significa que o material também pode absorver a luz emitida por ele mesmo.

Combinado, todas essas propriedades permitem a criação de LEDs e fotodetectores de alto desempenho, com base na mesma estrutura de junção plana. Em outras palavras, essas propriedades são o que finalmente permitiu a Gao, Bao e seus colegas para criar um único dispositivo que pode emitir e detectar luz.

O diodo que desenvolveram foi encontrado para atingir a emissão de luz com uma eficiência quântica externa de mais de 21% e um limite de detecção de luz na escala subpicowatt. Ele também pode atingir velocidades de operação de dezenas de megahertz ao emitir e detectar luz, desempenhando notavelmente bem em cada função. Além disso, quando é usado como detector, o dispositivo também é sensível à luz emitida por ele mesmo.

"É muito desafiador para semicondutores convencionais processados ​​em solução usarem como dispositivo funcional dual de alto desempenho, "Bao explicou." Pegue o semicondutor orgânico e o ponto quântico coloidal como exemplos. Semicondutores orgânicos sempre mostram sobreposição muito pequena entre os espectros de absorção e fotoluminescência, então eles mostram fraca absorção à luz emitida do mesmo material, enquanto LEDs de pontos quânticos coloidais são sempre baseados em filmes de pontos quânticos muito finos devido à propriedade de transporte de portadora muito baixa, então sua absorção de luz é muito fraca. "

Os pesquisadores estão entre os primeiros a introduzir um diodo baseado em perovskita que pode funcionar simultaneamente como uma emissão de luz e um dispositivo de detecção de luz, alternar entre essas funções e, ainda assim, ter um desempenho notável em ambas. No futuro, o dispositivo que desenvolveram pode ser usado para criar eletrônicos menores que podem ser usados ​​como fontes de luz e detectores. Em seu jornal, Gao, Bao e seus colegas descrevem duas aplicações possíveis para o diodo, mostrando como ele pode ser usado para construir um sensor de pulsação cardíaca monolítico e em comunicações ópticas bidirecionais.

"Agora planejamos melhorar ainda mais a velocidade de resposta do dispositivo e a vida útil da operação e estudar o desempenho de detecção de LED perovskita de luz visível para estender a aplicação para a faixa de luz visível, "Bao disse.

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