Onderzoekers in Australië hebben een manier gevonden om laserlicht te manipuleren tegen een fractie van de kosten van de huidige technologie.

De vondst, gepubliceerd in Geavanceerde wetenschap , zou kunnen helpen de kosten te drukken in uiteenlopende sectoren als telecommunicatie, medische diagnostiek en opto-elektronica voor consumenten.

Het onderzoeksteam, geleid door Dr. Girish Lakhwani van het Nano Institute en School of Chemistry van de Universiteit van Sydney, heeft goedkope kristallen gebruikt, bekend als perovskieten, om Faraday-rotators te maken. Deze manipuleren licht in een reeks apparaten in de industrie en de wetenschap door een fundamentele eigenschap van licht te veranderen:de polarisatie ervan. Dit geeft wetenschappers en ingenieurs de mogelijkheid om te stabiliseren, licht op aanvraag blokkeren of sturen.

Rotators van Faraday worden gebruikt bij de bron van breedband en andere communicatietechnologieën, het blokkeren van gereflecteerd licht dat anders lasers en versterkers zou destabiliseren. Ze worden ook gebruikt in optische schakelaars en glasvezelsensoren.

Dr. Lakhwani zei:"De wereldwijde markt voor optische schakelaars alleen al is meer dan $ 4,5 miljard waard en groeit. Het grote concurrentievoordeel dat perovskieten hebben ten opzichte van de huidige isolatoren van Faraday zijn de lage materiaalkosten en het gemak van verwerking, wat schaalbaarheid mogelijk maakt. ."

Daten, de industriestandaard voor Faraday-rotators zijn op terbium gebaseerde granaten. Dr. Lakhwani en collega's van het Australian Research Centre of Excellence in Exciton Science hebben loodhalogenideperovskieten gebruikt, wat een goedkoper alternatief zou kunnen zijn.

Dr. Lakhwani zei:"Ontwikkeling en opname van onze technologie zou kunnen worden geholpen door de uitstekende positionering van Australië in de regio Azië-Pacific, die snel groeit als gevolg van toenemende investeringen in zijn snelle communicatie-infrastructuur."

Perovskieten aanpassen

De loodhalogenide-perovskieten die door de Lakhwani-groep worden gebruikt, zijn een klasse materialen die veel aandacht hebben gekregen in de wetenschappelijke gemeenschap, dankzij een combinatie van uitstekende optische eigenschappen en lage productiekosten.

"Interesse in perovskieten begon echt met zonnecellen, " zei Dr. Randy Sabatini, een postdoctoraal onderzoeker die het project leidde in de Lakhwani-groep.

"Ze zijn efficiënt en veel goedkoper dan traditionele siliciumcellen, die zijn gemaakt met behulp van een kostbaar proces dat bekend staat als de Czochralski- of Cz-methode. Nutsvoorzieningen, we kijken naar een andere toepassing, Faraday-rotatie, waar de commerciële standaarden ook worden gemaakt met behulp van de Cz-methode. Net als bij zonnecellen, het lijkt erop dat perovskieten hier ook kunnen concurreren."

In deze krant, het team laat zien dat de prestaties van perovskieten kunnen wedijveren met die van commerciële standaarden voor bepaalde kleuren binnen het zichtbare spectrum.

Samenwerking is de sleutel

"Als onderdeel van het ARC Centre of Excellence in Exciton Science (ACEx), we hebben geprofiteerd van de uitwisseling van ideeën via dit hoogwaardige centrum, "Zei Dr. Lakhwani. Medewerkers waren onder meer de ACEx-groepen van professor Udo Bach aan de Monash University en Dr. Asaph Widmer-Cooper in Sydney, evenals de Professor Anita Ho-Baillie-groep bij UNSW. Professor Ho-Baillie is sindsdien toegetreden tot de Universiteit van Sydney als de inaugurele John Hooke Chair of Nanoscience.

"We onderzoeken al geruime tijd de rotatie van Faraday, " Dr. Lakhwani zei. "Het is erg moeilijk om in oplossing verwerkte materialen te vinden die de lichtpolarisatie effectief roteren. Op basis van hun structuur, we hoopten dat perovskieten goed zouden zijn, maar ze hebben onze verwachtingen echt overtroffen."

Vooruit kijken, het zoeken naar andere perovskietmaterialen moet worden ondersteund door modellering.

"Voor de meeste materialen de klassieke theorie die wordt gebruikt om de rotatie van Faraday te voorspellen, presteert erg slecht, " zei Dr. Stefano Bernardi, een postdoctoraal onderzoeker in de Widmer-Cooper-groep aan de Universiteit van Sydney. "Echter, voor perovskieten is de overeenkomst verrassend goed, dus we hopen dat we hierdoor nog betere kristallen kunnen maken."

Het team heeft ook thermische simulaties uitgevoerd om te begrijpen hoe een echt apparaat zou werken. Echter, er is nog werk aan de winkel om commerciële toepassing te realiseren.

"We zijn van plan door te gaan met het verbeteren van de kristaltransparantie en de reproduceerbaarheid van de groei, " zei Chwenhaw Liao, van ONSW. "Echter, we zijn erg blij met de eerste voortgang en zijn optimistisch voor de toekomst."