Att utnyttja kvantegenskaperna hos fotoner för optoelektronik kräver mycket effektiva ljuskällor. Bly trihalid perovskit nanokristaller uppvisar ett antal egenskaper som gör dem lovande kandidater som ljuskällor. Även om koppling av kvantemitrar med nanofotoniska hålrum kan öka effektiviteten avsevärt, detta tillvägagångssätt har inte undersökts med dessa nanokristaller.

Nu, en grupp forskare vid University of Maryland och ETH Zürich har visat ett enkelt tillvägagångssätt för att koppla lösningssyntetiserat cesiumblytribromid (CsPbBr3) perovskit-nanokristaller till kiselnitrid (SiN) fotoniska hålrum. Det resulterande ljuset i rumstemperatur förbättras med en storleksordning över vad perovskiter kan avge ensam. Doktorand Zhili Yang och andra rapporterar sina resultat den här veckan Tillämpad fysikbokstäver .

"Vårt arbete visar att det är möjligt att förbättra det spontana utsläppet av kolloidala perovskit -nanokristaller med hjälp av en fotonisk hålighet, "Sa Yang." Våra resultat ger en väg mot kompakta chipkällor med minskad energiförbrukning och storlek. "

Att koppla nanokristallerna till det fotoniska hålrummet, gruppen släppte perovskit -nanokristaller i toluenlösning på SiN -kaviteten. De upphetsade sedan enheten med en pulserande laser, vilket leder till fotonemission från nanokristaller.

Användningen av lösningar för att göra kolloidala kvantemitterare står i kontrast med tillverkningen av epitaxiala material, en mycket använd process som involverar odling av kristallina överlägg på ett befintligt substrat. Istället, Yang sa, man kan lättare deponera kolloidala nanokristaller med hjälp av lösningsmedel lättare på olika typer av skivor.

Liknande perovskitmaterial lovar redan i fotovoltaiska miljöer, och de uppvisar också ett antal egenskaper som gör dem till lovande kandidater för ljusemitterande enheter.

"Nanokristallerna har en låg densitet av defekter som kan fånga bärare [elektroner och hål], producerar en mycket låg icke -strålande sönderfallshastighet och en hög fotoluminescenseffektivitet vid rumstemperatur, "Sa Yang.

Försök att avge ljus med epitaxiala material har i allmänhet misslyckats med att effektivt täcka det synliga ljusets spektrum, med våglängdsområdet i det blågröna som är särskilt problematiskt. Enheten som teamet visade uppvisade utsläpp centrerat vid 510 nanometer i greenen.

"Den stora utmaningen med denna metod, dock, är att du måste hitta en mycket optimerad koncentration [densitet] av kristallerna på ytan av kaviteten, "Sa Yang." Det kan inte vara för kondenserat annars kan det vara skadligt för hålrummet och kan leda till avvikelse. "

De kopplade nanokristallerna och nanokaviteten skrytte med en tiofaldig förbättring av utsläppets ljusstyrka jämfört med utsläpparna enbart. Det resulterade i en spontan förbättring av utsläppshastigheten på 2,9, vilket återspeglar en nästan trefaldig ökning av fotonutsändningseffektiviteten i kaviteten jämfört med perovskiter på omönstrade ytor.

Resultaten är en välsignelse för optoelektronik, Yang sa, ett fält som utnyttjar kvanteffekterna av fotoner på elektroniskt material för att hjälpa till att bygga optiska kretsar som inte kommer att drabbas av några av ineffektiviteten hos rent elektroniska enheter, som värme. Optoelektroniska enheter har också snabbare bearbetningshastigheter och bredare signalbandbredd, och kan en dag användas i kvantberäkning och kvantkommunikationsnätverk.