In recent onderzoek hebben wetenschappers het potentieel ontsloten van een opmerkelijk materiaal, perovskiet genaamd, om een ​​revolutie teweeg te brengen in de wereld van optische detectie. Hun onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Opto-Electronic Advances .

Stel je een wereld voor waarin sensoren subtiele veranderingen in de omgeving kunnen detecteren en ons realtime informatie kunnen verschaffen over de lucht die we inademen, de vloeistoffen die we tegenkomen en de omstandigheden om ons heen. Dit is de visie die dit onderzoek wil verwezenlijken, en wel door gebruik te maken van de kracht van een opmerkelijk materiaal, perovskiet genaamd, voor het waarnemen van veranderingen in de brekingsindex van de omringende omgeving

Perovskiet, een materiaal met buitengewone optische en elektrische eigenschappen, wordt al lang gebruikt in verschillende technologieën, van LED-verlichting tot zonnecellen. Maar in deze studie zijn wetenschappers nog een stap verder gegaan door perovskiet te gebruiken om apparaten met lossy mode resonantie (LMR) te creëren. Deze apparaten fungeren als supergevoelige detectoren die zelfs de kleinste veranderingen in hun omgeving kunnen opmerken.

De sleutel om LMR-apparaten te laten werken, is het kiezen van het juiste materiaal voor een dunne film. Perovskiet blijkt hier perfect bij te passen. Het heeft unieke eigenschappen waardoor het LMR's kan genereren, een soort 'sweet spots' waar het materiaal op een speciale manier met licht in wisselwerking staat. Deze goede plekken kunnen worden verfijnd door onder meer de dikte van de perovskietfilm aan te passen.

Stel je een toast voor met een perovskietcoating:de donslaag is glas of silicium. Wanneer licht door deze "toast" gaat, gebeurt er iets magisch. De perovskietlaag interageert met het licht, waardoor deze LMR's ontstaan. De onderzoekers ontdekten dat ze, door de dikte van de perovskietlaag te veranderen, verschillende LMR's konden creëren bij verschillende golflengten van licht.

Deze LMR-apparaten kunnen een breed scala aan parameters detecteren. Ze kunnen ons laten weten of de lucht vochtig of droog is, of dat er specifieke chemicaliën in de omgeving aanwezig zijn. Ze kunnen zelfs veranderingen in temperatuur, druk of de samenstelling van een vloeistof detecteren. De mogelijkheden zijn eindeloos. Bedenk hoe je dit in het dagelijks leven kunt gebruiken.

Stel je voor dat je een kleine LMR-sensor in je smartphone hebt die je kan vertellen of de luchtkwaliteit veilig is of dat er schadelijke gassen in de buurt zijn. Het kan helpen bij het monitoren van de vervuilingsniveaus of zelfs bij het opsporen van lekken in industriële omgevingen. Deze sensoren kunnen in fabrieken, huizen of zelfs wearables worden geplaatst om realtime informatie over onze omgeving te verschaffen.

Opmerkelijk is dat de onderzoekers niet alleen het potentieel van perovskiet voor LMR-apparaten hebben ontdekt, maar dit ook experimenteel hebben aangetoond. Ze maakten deze apparaten en testten ze, en de resultaten kwamen overeen met hun theoretische voorspellingen. Dit is een belangrijke stap voorwaarts in de wereld van optische detectie.

Concluderend opent dit onderzoek nieuwe mogelijkheden voor het creëren van zeer gevoelige en veelzijdige sensoren met behulp van perovskiet. Het is alsof je onze technologie een superkracht geeft:het vermogen om met ongelooflijke precisie veranderingen in de omgeving te detecteren en erop te reageren. Of het nu gaat om de bescherming van het milieu, het verbeteren van industriële processen of het verbeteren van ons dagelijks leven, op perovskiet gebaseerde LMR-apparaten hebben het potentieel om een ​​diepgaande impact te hebben.

De auteurs van dit artikel hebben voor het eerst experimenteel de lossy mode resonantie (LMR) apparaten voorgesteld op basis van perovskietcoatings. Het onderzoek dat in dit onderzoek wordt uitgevoerd, is van groot belang binnen het bredere landschap van wetenschappelijke en technologische vooruitgang. Het vertegenwoordigt een stap voorwaarts op het gebied van optische detectie, een domein dat de potentie heeft om verschillende aspecten van ons leven te beïnvloeden, van milieumonitoring tot industriële processen en zelfs de persoonlijke gezondheid.

Perovskiet is een veelzijdig materiaal dat bekend staat om zijn uitzonderlijke optische en elektrische eigenschappen. Wetenschappers zijn al lang gefascineerd door het potentieel ervan en het wordt al in andere technologieën gebruikt. Deze studie tilt de mogelijkheden van perovskiet echter naar nieuwe hoogten door deze te gebruiken bij de creatie van zogenaamde ‘lossy mode resonance’ (LMR)-apparaten.

LMR-apparaten klinken misschien ingewikkeld, maar in wezen zijn het supergevoelige refractometers. Het geheim om LMR-apparaten te laten werken is het selecteren van het juiste materiaal voor een dunne film, en perovskiet is een uitstekende kandidaat. Wanneer licht interageert met de perovskietlaag, genereert het enkele optische resonanties (LMR's) - speciale punten waar het materiaal en het licht op een unieke manier op elkaar inwerken. De schoonheid hiervan ligt in zijn veelzijdigheid; door de dikte van de perovskietlaag aan te passen, kunnen wetenschappers een verschillend aantal resonanties creëren bij verschillende golflengten van licht.

In dit werk is het niet gebruikt om een ​​specifieke parameter waar te nemen, maar alleen om het bestaan ​​ervan theoretisch en experimenteel aan te tonen. Daarom kunnen nu verschillende sensoren worden ontworpen, hetzij door een extra laag aan te brengen die gevoelig is voor welke parameter dan ook, of door gebruik te maken van de aangeboren sensoreigenschappen van perovskieten. Op dezelfde manier kunnen filters, modulators, enz. worden vervaardigd. Dit aanpassingsvermogen opent een wereld aan toepassingen.

De experimentele resultaten komen overeen met hun voorspellingen en bevestigen de haalbaarheid van op perovskiet gebaseerde LMR-apparaten. Het genereren en ontstaan ​​van meerdere LMR's met verschillende diktes is dus uniek, evenals de mogelijkheid om met beide polariteiten, TM en TE, te werken. Dit is een substantiële sprong voorwaarts op het gebied van optische detectie.

Samenvattend is dit onderzoek een baken van vooruitgang in de zoektocht naar geavanceerde optische sensoren. Deze studie benadrukt het potentieel van dunne films van perovskiet voor de ontwikkeling van nieuwe op LMR gebaseerde apparaten die kunnen worden gebruikt voor omgevingsmonitoring, industriële detectie en gasdetectie, naast andere veelzijdige toepassingen.

Meer informatie: Dayron Armas et al, Generatie van resonanties in de verliesmodus (LMR) met behulp van perovskiet-nanofilms, Opto-elektronische vooruitgang (2023). DOI:10.29026/oea.2024.230072

Aangeboden door Compuscript Ltd