I nyare forskning har forskare låst upp potentialen hos ett anmärkningsvärt material som kallas perovskite för att revolutionera världen av optisk avkänning. Deras studie är publicerad i tidskriften Opto-Electronic Advances .

Föreställ dig en värld där sensorer kan upptäcka subtila förändringar i miljön och förse oss med realtidsinformation om luften vi andas, vätskorna vi möter och förhållandena runt omkring oss. Detta är visionen som den här forskningen försöker förverkliga, och den gör det genom att utnyttja kraften i ett anmärkningsvärt material som kallas perovskit för att känna av förändringar i den omgivande miljöns brytningsindex

Perovskite, ett material med extraordinära optiska och elektriska egenskaper, har länge använts i olika tekniker, från LED-lampor till solceller. Men i den här studien har forskare tagit det ett steg längre genom att använda perovskite för att skapa LMR-enheter (lossy mode resonance). Dessa enheter fungerar som superkänsliga detektorer som kan fånga upp även de minsta förändringar i deras miljö.

Nyckeln till att få LMR-enheter att fungera är att välja rätt material för en tunn film. Perovskite, som det visar sig, passar räkningen perfekt. Den har unika egenskaper som gör att den kan generera LMR, som är som "sweet spots" där materialet interagerar med ljus på ett speciellt sätt. Dessa sweet spots kan finjusteras genom att justera tjockleken på perovskitfilmen, bland andra parametrar.

Föreställ dig en rostat bröd med en perovskitbeläggning:dunskiktet är glas eller kisel. När ljus passerar genom denna "toast" händer något magiskt. Perovskitskiktet interagerar med ljuset och skapar dessa LMR. Forskarna fann att genom att ändra tjockleken på perovskitskiktet kunde de skapa olika LMR vid olika våglängder av ljus.

Dessa LMR-enheter kan känna av ett brett spektrum av parametrar. De kan meddela oss om luften är fuktig eller torr, eller om det finns specifika kemikalier i miljön. De kan till och med upptäcka förändringar i temperatur, tryck eller sammansättningen av en vätska. Möjligheterna är oändliga. Fundera på hur detta skulle kunna användas i vardagen.

Föreställ dig att ha en liten LMR-sensor i din smartphone som kan tala om för dig om luftkvaliteten är säker eller om det finns skadliga gaser i närheten. Det kan hjälpa till att övervaka föroreningsnivåer eller till och med upptäcka läckor i industriella miljöer. Dessa sensorer kan placeras i fabriker, hem eller till och med bärbara enheter för att ge realtidsinformation om vår miljö.

Vad som är anmärkningsvärt är att forskarna inte bara har upptäckt potentialen hos perovskite för LMR-enheter utan också har demonstrerat det experimentellt. De tillverkade dessa enheter och testade dem, och resultaten matchade deras teoretiska förutsägelser. Detta är ett betydande steg framåt i världen av optisk avkänning.

Sammanfattningsvis öppnar denna forskning upp nya möjligheter för att skapa mycket känsliga och mångsidiga sensorer med hjälp av perovskit. Det är som att ge vår teknik en superkraft – förmågan att upptäcka och reagera på förändringar i miljön med otrolig precision. Oavsett om det är för att skydda miljön, förbättra industriella processer eller förbättra våra dagliga liv, har perovskitbaserade LMR-enheter potential att göra en djupgående inverkan.

Författarna till denna artikel har experimentellt föreslagit, för första gången, anordningar för förlustlägesresonans (LMR) baserade på perovskitbeläggningar. Forskningen som utförs i denna studie har betydande betydelse inom det bredare landskapet av vetenskapliga och tekniska framsteg. Det representerar ett steg framåt inom området optisk avkänning, en domän som har potential att påverka olika aspekter av våra liv, från miljöövervakning till industriella processer och till och med personlig hälsa.

Perovskite är ett mångsidigt material känt för sina exceptionella optiska och elektriska egenskaper. Forskare har länge varit fängslade av dess potential, och det används redan i andra tekniker. Den här studien tar dock perovskites kapacitet till nya höjder genom att använda den i skapandet av så kallade "lossy mode resonance" (LMR)-enheter.

LMR-enheter kan låta komplexa, men i sin kärna är de superkänsliga refraktometrar. Hemligheten med att få LMR-enheter att fungera är att välja rätt material för en tunn film, och perovskite är en utmärkt kandidat. När ljus interagerar med perovskitskiktet genererar det vissa optiska resonanser (LMR) - speciella punkter där materialet och ljuset interagerar på ett unikt sätt. Det fina med detta ligger i dess mångsidighet; genom att justera tjockleken på perovskitskiktet kan forskare skapa olika antal resonanser vid olika våglängder av ljus.

I detta arbete har den inte använts för att känna av någon specifik parameter, utan endast för att teoretiskt och experimentellt demonstrera dess existens. Därför kan olika sensorer nu designas, antingen genom att deponera ytterligare ett lager som är känsligt för någon parameter av intresse, eller genom att använda de medfödda sensoregenskaperna hos perovskiter. På samma sätt kan filter, modulatorer etc. tillverkas. Denna anpassningsförmåga öppnar upp en värld av applikationer.

De experimentella resultaten överensstämmer med deras förutsägelser, vilket bekräftar genomförbarheten av perovskitbaserade LMR-enheter. Sålunda är genereringen och uppkomsten av flera LMR med varierande tjocklek unik liksom möjligheten att arbeta med både polariteter, TM och TE. Detta är ett stort steg framåt inom området för optisk avkänning.

Sammanfattningsvis är denna forskning en ledstjärna för framsteg i jakten på avancerade optiska sensorer. Denna studie belyser potentialen hos tunna perovskitfilmer för utveckling av nya LMR-baserade enheter som kan användas för miljöövervakning, industriell avkänning och gasdetektering, bland andra flera applikationer.

Mer information: Dayron Armas et al, Generation of Lossy Mode Resonances (LMR) med perovskite nanofilmer, Opto-Electronic Advances (2023). DOI:10.29026/oea.2024.230072

Tillhandahålls av Compuscript Ltd