Wetenschappers van de ITMO University hebben effectieve lichtbronnen op nanoschaal ontwikkeld op basis van halide-perovskiet. Dergelijke nanobronnen zijn gebaseerd op subgolflengtenanodeeltjes die zowel als emitters als nanoantennes dienen en maken het mogelijk de lichtemissie inherent te verbeteren zonder extra apparaten. Bovendien, perovskiet maakt afstemming van emissiespectra over het hele zichtbare bereik mogelijk door de samenstelling van het materiaal te variëren. Dit maakt de nieuwe nanodeeltjes een veelbelovend platform voor het maken van compacte opto-elektronische apparaten zoals optische chips, lichtgevende dioden, of sensoren. De resultaten zijn gepubliceerd in Nano-letters .

Lichtbronnen en nanoantennes op nanoschaal hebben een breed scala aan toepassingen op verschillende gebieden, zoals ultracompacte pixels, optische detectie en telecommunicatie. Echter, de fabricage van op nanostructuren gebaseerde apparaten is gecompliceerd omdat de doorgaans gebruikte materialen een beperkte luminescentie-efficiëntie hebben. Wat is meer, enkele kwantumdots of moleculen zenden meestal licht niet-directioneel en zwak uit. Een nog uitdagendere taak is het plaatsen van een lichtbron op nanoschaal precies in de buurt van een nanoantenne.

Een onderzoeksgroep van ITMO University slaagde erin een nanoantenne en een lichtbron te combineren in één nanodeeltje. Het kan genereren, verbeteren en route-emissie via opgewonden resonantiemodi in combinatie met excitonen. "We gebruikten hybride perovskiet als materiaal voor dergelijke nanoantennes, " zegt Ekaterina Tiguntseva, eerste auteur van de publicatie. "Unieke kenmerken van perovskiet stelden ons in staat om nanoantennes van dit materiaal te maken. We synthetiseerden in feite perovskietfilms, en vervolgens materiaaldeeltjes van het filmoppervlak naar een ander substraat overgebracht door middel van gepulste laserablatietechniek. In vergelijking met alternatieven, onze methode is relatief eenvoudig en kosteneffectief."

Tijdens het bestuderen van de verkregen perovskiet-nanodeeltjes, de wetenschappers ontdekten dat hun emissie kan worden verbeterd als de spectra overeenkomen met de Mie-resonante modus. "Momenteel, wetenschappers zijn vooral geïnteresseerd in Mie-resonanties gerelateerd aan diëlektrische en halfgeleider nanodeeltjes, " zegt George Zograf, Ingenieur bij het laboratorium voor hybride nanofotonica en opto-elektronica aan de ITMO University. "Perovskieten die in ons werk worden gebruikt, zijn halfgeleiders met een luminescentie-efficiëntie die veel hoger is dan die van veel andere materialen. Ons onderzoek toont aan dat de combinatie van excitonen met Mie-resonantie in perovskiet-nanodeeltjes ze tot efficiënte lichtbronnen bij kamertemperatuur maakt."

In aanvulling, het stralingsspectrum van de nanodeeltjes kan worden gewijzigd door de anionen in het materiaal te variëren. "De structuur van het materiaal blijft hetzelfde, we gebruiken gewoon een andere component in de synthese van perovskietfilms. Daarom, het is niet nodig om de methode telkens aan te passen. Het blijft hetzelfde, toch verandert de emissiekleur van onze nanodeeltjes, ' zegt Ekaterina.

De wetenschappers zullen doorgaan met het onderzoek naar lichtemitterende perovskiet-nanoantennes met verschillende componenten voor hun synthese. In aanvulling, ze ontwikkelen nieuwe ontwerpen van perovskiet-nanostructuren die ultracompacte optische apparaten kunnen verbeteren.