Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van Kyushu University en Changchun Institute of Applied Chemistry, Chinese Wetenschapsacademie, stabiel is gebleken, continu laseren bij kamertemperatuur gedurende meer dan een uur van een klasse goedkope materialen die perovskieten worden genoemd, eindelijk een fenomeen overwinnen dat tot nu toe zo'n lange operatie heeft voorkomen.

Gebruikt in alles, van productie en onderzoek tot communicatie en entertainment vanwege hun zeer uniforme lichtemissie, lasers worden vaak geclassificeerd door het materiaal dat ingangsenergie - meestal licht of elektriciteit - omzet in laserlicht, met gewone materialen, waaronder anorganische en organische halfgeleiders, gassen en kristallen.

Recente ontwikkelingen op het gebied van perovskieten hebben ze aantrekkelijk gemaakt voor lasers omdat ze tegen lage kosten uit een oplossing kunnen worden gefabriceerd om afstembare kleuren en uitstekende stabiliteit te hebben, maar een fenomeen genaamd "lasing death" zorgt ervoor dat het laseren bij constant gebruik bij kamertemperatuur na een paar minuten stopt om onduidelijke redenen.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van Kyushu University en Changchun Institute of Applied Chemistry rapporteren in het tijdschrift Natuur dat ze erin geslaagd zijn de dodelijke dood in quasi-2-D perovskieten te overwinnen door rekening te houden met energetische toestanden die triplet-excitonen worden genoemd.

"De realisatie van lasers op basis van organische halfgeleiders wordt vooral belemmerd door verliezen veroorzaakt door de ophoping van tripletten. de situatie voor drielingen in quasi-2-D perovskieten moest nog volledig worden overwogen, " zegt Chuanjiang Qin, professor van het Changchun Instituut voor Toegepaste Chemie, Chinese Wetenschapsacademie, en hoofdonderzoeker van het onderzoek.

Terwijl energie in opto-elektronische apparaten vaak wordt beschouwd in termen van positieve en negatieve ladingen, tegengestelde ladingen kunnen ook samenkomen en tijdelijk een energetische toestand vormen die een exciton wordt genoemd voordat ze hun energie vrijgeven. Excitonen worden vaak waargenomen in organische halfgeleiders en, vanwege kwantummechanica overwegingen, vallen meestal in twee soorten, singlets en triplets genoemd, waarbij lichtemissie bijna onmogelijk is voor drielingen.

De quasi-2-D perovskieten die de onderzoekers bestudeerden, zijn een combinatie van anorganische en organische stoffen, met gebieden van perovskietkristallen bestaande uit dezelfde componenten die in elke richting worden herhaald, ingeklemd tussen organische vellen. Het team heeft onlangs bewijs gevonden van triplet-excitonen met een lange levensduur van bijna een microseconde in de materialen, dus concentreerden ze zich op drielingen als de mogelijke oorzaak van de laserdood.

"Drielingen zenden geen licht uit en hebben de neiging om op een manier in wisselwerking te treden met lichtemitterende hemdjes waardoor beide hun energie verliezen zonder licht te produceren, " legt Qin uit. "Dus, als drielingen aanwezig zijn in perovskieten, we moeten ze waarschijnlijk uit de weg halen, zodat ze de laserwerking niet hinderen."

Om dit te doen, de onderzoekers verwerkten in de perovskieten een organische laag die drielingen in een lage energietoestand houdt. Omdat de excitonen naar lagere energieën willen gaan, de langlevende triplet-excitonen worden overgebracht van het lichtemitterende deel van de perovskiet naar de organische lagen, waardoor verliezen worden verminderd en laseren onder constante optische excitatie zonder onderbreking kan doorgaan. Alternatief, de onderzoekers ontdekten dat ze ook continu laseren konden verkrijgen door simpelweg de perovskietlaag in de lucht te plaatsen, omdat zuurstof drielingen kan vernietigen, verder bevestigend dat verliezen veroorzaakt door drielingen een mogelijke oorzaak zijn van overlijden door laserstralen.

In hun beste optisch aangedreven apparaten, intensiteit van laseren bij continu bedrijf was bijna onveranderd na een uur bij kamertemperatuur in lucht met een relatieve vochtigheid van 55%, en de laserspectra behielden hun smalheid zonder te verschuiven.

"We hebben de sleutelrol van drielingen in het laserproces van dit soort perovskieten aangetoond en het belang van het beheren van drielingen om continue lasering te bereiken, " zegt Chihaya Adachi, directeur van Kyushu University's Center for Organic Photonics and Electronics Research en leider van het Kyushu University-team. "Deze nieuwe bevindingen zullen de weg vrijmaken voor de toekomstige ontwikkeling van een nieuwe klasse van elektrisch bediende lasers op basis van perovskieten die goedkoop en gemakkelijk te vervaardigen zijn."