Aprovechar las propiedades cuánticas de los fotones para la optoelectrónica requiere fuentes de luz altamente eficientes. Los nanocristales de perovskita de trihaluro de plomo exhiben una serie de propiedades que los hacen candidatos prometedores como fuentes de luz. Aunque el acoplamiento de emisores cuánticos con cavidades nanofotónicas puede aumentar significativamente la eficiencia, este enfoque tieneno ha sido explorado con estos nanocristales.
Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad de Maryland y ETH Zurich ha demostrado un enfoque simple para acoplar nanocristales de perovskita de cesio-plomo sintetizado en solución CsPbBr3 a cavidades fotónicas de nitruro de silicio SiN.mejorado por un orden de magnitud por encima de lo que las perovskitas pueden emitir solo. El candidato a doctorado Zhili Yang y otros informan sus resultados esta semana en letras de física aplicada , de AIP Publishing.
"Nuestro trabajo muestra que es posible mejorar la emisión espontánea de nanocristales de perovskita coloidales usando una cavidad fotónica", dijo Yang. "Nuestros resultados proporcionan un camino hacia fuentes de luz compactas en chip con un consumo y tamaño de energía reducidos".
Para acoplar los nanocristales a la cavidad fotónica, el grupo coloca nanocristales de perovskita en solución de tolueno en la cavidad de SiN. Luego excitan el dispositivo con un láser pulsado, lo que conduce a la emisión de fotones desde los nanocristales.
El uso de soluciones para hacer emisores cuánticos coloidales contrasta con la fabricación de materiales epitaxiales, un proceso ampliamente utilizado que implica el crecimiento de capas superpuestas cristalinas en un sustrato existente. En cambio, Yang dijo, uno puede depositar directamente nanocristales coloidales usando solventes más fácilmente en diferentestipos de obleas.
Materiales de perovskita similares ya son prometedores en entornos fotovoltaicos, y también exhiben una serie de propiedades que los hacen candidatos prometedores para dispositivos emisores de luz.
"Los nanocristales tienen una baja densidad de defectos que pueden atrapar portadores [electrones y agujeros], produciendo una muy baja tasa de descomposición no radiactiva y una alta eficiencia de fotoluminiscencia a temperatura ambiente", dijo Yang.
Los intentos de emitir luz con materiales epitaxiales generalmente no han logrado cubrir de manera eficiente el espectro de luz visible, siendo el rango de longitud de onda en el verde azulado particularmente problemático. El dispositivo que el equipo demostró exhibió emisiones centradas en 510 nanómetros en el verde.
"El gran desafío con este método, sin embargo, es que tienes que encontrar una concentración [densidad] muy optimizada de los cristales en la superficie de la cavidad", dijo Yang. "No se puede condensar demasiado o de lo contrarioserá perjudicial para la cavidad y podría dar lugar a una no conformidad "
Los nanocristales acoplados y la nanocavidad mostraron una mejora de diez veces en el brillo de las emisiones en comparación con los emisores solos. Resultó en un aumento espontáneo de la tasa de emisión de 2.9, lo que refleja un aumento de casi tres veces en la eficiencia de emisión de fotones dentro de la cavidad en comparación con las perovskitas en superficies sin patrón.
Los resultados son una bendición para la optoelectrónica, dijo Yang, un campo que aprovecha los efectos cuánticos de los fotones en los materiales electrónicos para ayudar a construir circuitos ópticos que no sufrirán algunas de las ineficiencias de los dispositivos puramente electrónicos, como el calentamiento.los dispositivos también disfrutan de velocidades de procesamiento más rápidas y anchos de banda de señal más amplios, y algún día pueden usarse en computación cuántica y redes de comunicación cuántica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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