Os materiais perovskita ainda estão atraindo muito interesse em aplicações em células solares. Agora, as nanoestruturas dos materiais perovskita estão sendo consideradas como um novo meio de laser. Ao longo dos anos, a amplificação de luz em pontos quânticos de perovskita tem sido relatada, mas a maioria dos trabalhos apresenta análises quantitativas inadequadas.



Para avaliar a capacidade de amplificação da luz, é necessário um “coeficiente de ganho”, que revela a característica essencial de um meio laser. Um meio de laser eficiente é aquele que apresenta um grande ganho, e os cientistas têm explorado maneiras de aumentar esse ganho.

Agora, em um estudo recente, uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor Kwangseuk Kyhm, do Departamento de Óptica e Mecatrônica da Universidade Nacional de Pusan, na Coréia, conseguiu melhorar a amplificação do sinal em nanofolhas de perovskita de CsPbBr₃ com um padrão de guia de ondas exclusivo.

O estudo foi publicado na revista Light:Science &Applications .

Nanofolhas de perovskita são estruturas bidimensionais dispostas em configurações semelhantes a folhas em nanoescala e possuem características que as tornam valiosas para diversas aplicações.

Sua conquista supera as deficiências do CsPbBr₃ pontos quânticos, cujo ganho é inerentemente limitado devido ao processo Auger, que essencialmente encurta o tempo de decaimento para inversão populacional (um estado em que mais membros do sistema estão em estados excitados mais elevados do que em estados de energia não excitados mais baixos).

O professor Kyhm explica:"Nanofolhas de perovskita podem ser um novo meio de laser, e este trabalho demonstrou que a amplificação da luz pode ser alcançada com base em minúsculas nanofolhas de perovskita que são sintetizadas quimicamente."

Os pesquisadores também propuseram uma nova análise de ganho de “contorno de ganho” para superar o limite da análise de ganho anterior. Embora o método antigo forneça um espectro de ganho, ele não pode analisar a saturação de ganho para longos comprimentos de faixa óptica. Como o “contorno de ganho” ilustra a variação do ganho em relação à energia do espectro e ao comprimento da faixa óptica, é muito conveniente analisar a variação do ganho local ao longo da energia do espectro e do comprimento da faixa óptica.

Os pesquisadores também estudaram a dependência da excitação e da temperatura do contorno de ganho e do guia de ondas padronizado baseado em poliuretano-acrilato, que aumentou tanto o ganho quanto a estabilidade térmica das nanofolhas de perovskita. Esse aprimoramento foi atribuído ao melhor confinamento óptico e dissipação de calor, que foi facilitado pelos excitons confinados no centro de massa bidimensional e pelos estados localizados decorrentes da espessura não homogênea da folha e dos estados de defeito.

A implementação de tal guia de ondas padronizado é promissora para amplificação de sinal eficiente e controlada e pode contribuir para o desenvolvimento de dispositivos mais confiáveis ​​e versáteis baseados em nanofolhas de perovskita, incluindo lasers, sensores e células solares. Além disso, também poderia impactar indústrias relacionadas à criptografia e descriptografia de informações, computação neuromórfica e comunicação por luz visível.

Além disso, a amplificação aprimorada e o aumento da eficiência podem ajudar as células solares de perovskita a competir melhor com as células solares tradicionais à base de silício.

O estudo também está preparado para influenciar significativamente a óptica e a fotônica. Os insights obtidos podem ajudar a otimizar a operação do laser, melhorar a transmissão do sinal na comunicação óptica e melhorar a sensibilidade nos fotodetectores. Isto, por sua vez, poderia permitir que os dispositivos operassem de forma mais confiável.

No longo prazo, quando é necessária luz intensa em nanoescala, as nanofolhas de perovskita podem ser combinadas com outras nanoestruturas, permitindo que a luz amplificada sirva como uma sonda óptica. No entanto, a aplicação bem-sucedida de nanofolhas de perovskita em diversas áreas, incluindo produtos de consumo como smartphones e iluminação, dependeria da superação de desafios relacionados à sua estabilidade, escalabilidade e toxicidade.

"Até agora, os pontos quânticos de perovskita foram estudados para lasers, mas tais estruturas de dimensão zero têm limites fundamentais. Nesse sentido, nosso trabalho sugere que a estrutura bidimensional das nanofolhas de perovskita pode ser uma solução alternativa, "conclui o Prof. .

Mais informações: Inhong Kim et al, Aumento de ganho de nanofolhas de perovskita por um guia de ondas padronizado:excitação e dependência de temperatura da saturação de ganho, Luz:Ciência e Aplicações (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01313-0
Informações do diário: Luz:Ciência e Aplicações

Fornecido pela Universidade Nacional de Pusan