Naukowcy z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego we współpracy z badaczami z innych instytucji z Polski, Włoch, Islandii oraz Australii prowadzili badania dotyczące tworzenia kryształów perowskitów o predefiniowanych kształtach. Materiały te mogą służyć w nieliniowej fotonice jako falowody, sprzęgacze, rozdzielacze i modulatory. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie „Nature Materials”.
Zintegrowane obwody fotoniczne działające w temperaturze pokojowej w połączeniu z optycznymi efektami nieliniowymi mogą zrewolucjonizować zarówno klasyczne, jak i kwantowe przetwarzanie sygnałów.
W czasopiśmie „Nature Materials” ukazał się artykuł dotyczący wytwarzania nowatorskich struktur z efektem laserowania krawędziowego. Wśród autorów publikacji są badacze z Wydziału Fizyki UW. Naukowcy podkreślają, że nowe materiały są wynikiem tworzenia się kondensatu polarytonów ekscytonowych.
– Perowskity wykazują dużą wszechstronność, od polikrystalicznych warstw, nano- i mikro-kryształów, do kryształów objętościowych. Mogą być używane w różnorodnych aplikacjach – od ogniw słonecznych po lasery. Niektóre z nich, np. użyty przez nas perowskit CsPbBr3, dzięki dużej energii wiązania ekscytonów i sile oscylatora, są także idealnymi półprzewodnikami do zastosowań optycznych. Te efekty pozwalają na wzmocnienie oddziaływań ze światłem, co znacznie obniża energię potrzebną do nieliniowego wzmocnienia światła – mówi prof. Barbara Piętka z Wydziału Fizyki UW, inicjatorka projektu, odpowiedzialna za przebieg badań.
Kryształy perowskitowe
Aby uzyskać kryształy perowskitowe o dokładnie zdefiniowanych wymiarach i kształtach, badacze zastosowali powtarzalne i skalowalne metody syntezy. Wykorzystali przy tym podejście mikrofluidyczne, w którym kryształy hodowane są z roztworu w wąskich polimerowych formach, odciskanych z matryc o zadanym kształcie. Jak zaznaczają, kluczowym elementem było sterowanie zarówno stężeniem roztworu, jak i temperaturami wzrostu oraz zapewnienie atmosfery nasyconych par rozpuszczalnika. To podejście, wraz z wykorzystaniem niemal atomowo gładkich matryc z arsenku galu, wykonanych metodą elektronolitograficzną oraz trawieniem plazmowym, zapewniło otrzymanie wysokiej jakości monokryształów. Powstały one w Instytucie Mikroelektroniki i Fotoniki Sieci Badawczej Łukasiewicz w zespole kierowanym przez dr hab. Annę Szerling.
W ten sposób kryształy CsPbBr3 mogą być formowane w dowolne kształty, z krawędziami od narożników pod kątem prostym po gładkie zakrzywienia, co jest znaczącym osiągnięciem w świecie krystalicznych materiałów. Mogą one również być wytwarzane na dowolnym podłożu, co zwiększa ich kompatybilność z istniejącymi urządzeniami fotonicznymi.
– Kryształy te dzięki swojej wysokiej jakości tworzą między ściankami bocznymi rezonator typu Fabry-Pérot, umożliwiając obserwację silnych efektów nieliniowych bez potrzeby wykorzystania zewnętrznych luster Bragga – wyjaśnia Mateusz Kędziora, doktorant na Wydziale Fizyki UW, pierwszy autor pracy w „Nature Materials”.
Uczeni podkreślają, że perowskity mogą odegrać kluczową rolę w dalszym rozwoju technologii optycznych. Odkrycia fizyków z UW mogą znacząco zwiększyć szansę na wykorzystanie kryształów perowskitów w nieliniowej fotonice działającej w temperaturze pokojowej, a opracowane struktury mogą być kompatybilne z technologią krzemową, co dodatkowo zwiększa ich potencjał komercjalizacyjny.
Źródło: Uniwersytet Warszawski
