Forskare från ITMO University har utvecklat effektiva ljuskällor i nanoskala baserade på halogenidperovskit. Sådana nanokällor är baserade på subvåglängds nanopartiklar som fungerar både som sändare och nanoantenner och tillåter förbättring av ljusemissionen i sig utan ytterligare anordningar. Dessutom, perovskite möjliggör inställning av emissionsspektra genom hela det synliga området genom att variera materialets sammansättning. Detta gör de nya nanopartiklarna till en lovande plattform för att skapa kompakta optoelektroniska enheter som optiska chips, ljusemitterande dioder, eller sensorer. Resultaten publicerades i Nanobokstäver .

Ljuskällor och nanoantenner i nanoskala har ett brett användningsområde inom flera områden, som ultrakompakta pixlar, optisk detektering och telekommunikation. Dock, tillverkningen av nanostrukturbaserade enheter är komplicerad eftersom de material som vanligtvis används har en begränsad luminescenseffektivitet. Vad är mer, enstaka kvantprickar eller molekyler avger vanligtvis ljus icke-riktat och svagt. En ännu mer utmanande uppgift är att placera en ljuskälla i nanoskala exakt nära en nanoantenn.

En forskargrupp från ITMO University lyckades kombinera en nanoantenn och en ljuskälla i en enda nanopartikel. Det kan generera, förbättra och dirigera emission via exciterade resonanslägen i kombination med excitoner. "Vi använde hybridperovskit som material för sådana nanoantenner, säger Ekaterina Tiguntseva, publikationens första författare. "Unika egenskaper hos perovskite gjorde det möjligt för oss att göra nanoantenner av detta material. Vi syntetiserade i princip perovskitefilmer, och överförde sedan materialpartiklar från filmytan till ett annat substrat med hjälp av pulsad laserablationsteknik. Jämfört med alternativ, vår metod är relativt enkel och kostnadseffektiv."

När man studerade de erhållna perovskitnanopartiklarna, forskarna upptäckte att deras emission kan förbättras om dess spektra matchar Mie-resonansläget. "För närvarande, forskare är särskilt intresserade av Mie-resonanser relaterade till dielektriska och halvledarnanopartiklar, "säger George Zograf, Ingenjör vid Laboratory of Hybrid Nanophotonics and Optoelectronics vid ITMO University. "Perovskiter som används i vårt arbete är halvledare med luminescenseffektivitet som är mycket högre än för många andra material. Vår studie visar att kombinationen av excitoner med Mie-resonans i perovskitnanopartiklar gör dem till effektiva ljuskällor vid rumstemperatur."

Dessutom, nanopartiklarnas strålningsspektrum kan ändras genom att variera anjonerna i materialet. "Materialets struktur förblir densamma, vi använder helt enkelt en annan komponent i syntesen av perovskitfilmer. Därför, det är inte nödvändigt att justera metoden varje gång. Det förblir detsamma, ändå ändras emissionsfärgen på våra nanopartiklar, säger Ekaterina.

Forskarna kommer att fortsätta forskningen om ljusemitterande perovskit-nanoantenner med hjälp av olika komponenter för deras syntes. Dessutom, de utvecklar nya konstruktioner av perovskite nanostrukturer som kan förbättra ultrakompakta optiska enheter.