Forskare i Australien har hittat ett sätt att manipulera laserljus till en bråkdel av kostnaden för nuvarande teknik.

Upptäckten, publicerad i Avancerad vetenskap , kan hjälpa till att sänka kostnaderna i så olika branscher som telekommunikation, medicinsk diagnostik och konsumentoptoelektronik.

Forskargruppen, ledd av Dr. Girish Lakhwani från University of Sydney Nano Institute och School of Chemistry, har använt billiga kristaller, känd som perovskites, att göra Faraday-rotatorer. Dessa manipulerar ljus i en rad enheter inom industrin och vetenskapen genom att ändra en grundläggande egenskap hos ljuset – dess polarisering. Detta ger forskare och ingenjörer förmågan att stabilisera, blockera eller styra ljus på begäran.

Faradays rotatorer används vid källan till bredband och annan kommunikationsteknik, blockerar reflekterat ljus som annars skulle destabilisera lasrar och förstärkare. De används också i optiska omkopplare och fiberoptiska sensorer.

Dr Lakhwani sa:"Enbart den globala marknaden för optiska switchar är värd mer än 4,5 miljarder USD och växer. Den största konkurrensfördelen perovskites har jämfört med nuvarande Faraday-isolatorer är den låga kostnaden för material och enkla bearbetning som skulle möjliggöra skalbarhet. ."

Hittills, industristandarden för Faradays rotatorer har varit terbiumbaserade granater. Dr Lakhwani och kollegor vid Australian Research Center of Excellence in Exciton Science har använt bly-halogenid perovskiter, vilket kan visa sig vara ett billigare alternativ.

Dr. Lakhwani sa:"Utvecklingen och införandet av vår teknologi kan underlättas av Australiens utmärkta positionering inom Asien-Stillahavsområdet, som växer snabbt på grund av ökande investeringar i sin höghastighetskommunikationsinfrastruktur."

Anpassa perovskites

Blyhalogenidperovskiterna som används av Lakhwani-gruppen är en klass av material som har vunnit mycket dragkraft i det vetenskapliga samfundet, tack vare en kombination av utmärkta optiska egenskaper och låga produktionskostnader.

"Intresset för perovskites började egentligen med solceller, " sa Dr Randy Sabatini, en postdoktor som leder projektet i Lakhwani-gruppen.

"De är effektiva och mycket billigare än traditionella silikonceller, som tillverkas med hjälp av en kostsam process som kallas Czochralski- eller Cz-metoden. Nu, vi tittar på en annan applikation, Faraday rotation, där de kommersiella standarderna också görs med Cz-metoden. Precis som i solceller, det verkar som att perovskites kan tävla här också."

I det här pappret, teamet visar att prestandan för perovskites kan konkurrera med kommersiella standarder för vissa färger inom det synliga spektrumet.

Samarbete är nyckeln

"Som en del av ARC Center of Excellence in Exciton Science (ACEx), vi gynnades av utbytet av idéer genom detta högklassiga center, " sa Dr Lakhwani. Samarbetspartners inkluderade ACEx-grupperna av professor Udo Bach vid Monash University och Dr. Asaph Widmer-Cooper i Sydney, samt professor Anita Ho-Baillie-gruppen vid UNSW. Professor Ho-Baillie har sedan dess gått med i University of Sydney som tillträdande John Hooke Chair of Nanoscience.

"Vi har tittat på Faraday-rotation ganska länge, " Dr. Lakhwani sa. "Det är mycket svårt att hitta lösningsbearbetade material som roterar ljuspolarisering effektivt. Baserat på deras struktur, vi hoppades att perovskites skulle vara bra, men de överträffade verkligen våra förväntningar."

Blickar framåt, sökandet efter andra perovskitmaterial bör underlättas av modellering.

"För de flesta material, den klassiska teorin som används för att förutsäga Faraday-rotation fungerar mycket dåligt, " sa Dr Stefano Bernardi, en postdoktor i Widmer-Cooper-gruppen vid University of Sydney. "Dock, för perovskites är avtalet förvånansvärt bra, så vi hoppas att detta kommer att tillåta oss att skapa ännu bättre kristaller."

Teamet har också utfört termiska simuleringar för att förstå hur en riktig enhet skulle fungera. Dock, det återstår fortfarande arbete för att göra kommersiell tillämpning till verklighet.

"Vi planerar att fortsätta att förbättra kristalltransparensen och tillväxtreproducerbarheten, " sa Chwenhaw Liao, från UNSW. "Dock, vi är mycket nöjda med de första framstegen och är optimistiska inför framtiden."