釜山国立大学的研究人员由光学与机电一体化系超快量子光电子学教授Kwangseuk Kyhm领导，正在通过图案化波导增强溴化铯铅钙钛矿纳米片内的信号放大。
钙钛矿是太阳能电池应用中极具吸引力的材料，但其纳米结构现在正被探索为一种新的激光介质。
“已经报道了钙钛矿量子点内的光放大，但由于俄歇过程，存在固有的极限。它基本上缩短了人口反转的衰减时间——在这种状态下，系统的大部分处于较高的激发能量状态，而不是处于较低的非激发能量状态，“Kyhm说。“而且由于钙钛矿纳米片是在纳米尺度上以片状构型排列的二维结构，因此与量子点相比，俄歇过程相对受到抑制。
高效的激光介质需要较大的增益，因此Kyhm的团队转向图案化波导，以增强钙钛矿纳米片的信号放大。
为了增强信号放大，研究人员化学合成了高质量的方形CsPbBr3纳米片，平均横向尺寸为~140±40nm。然后，周期性图案化的聚氨酯-丙烯酸酯基板通过沉积工艺填充微小的钙钛矿纳米片以形成纳米片条纹，并沿着这些条纹进行有效的光放大。
“我们使用了新的'增益轮廓'增益分析来克服早期增益分析的局限性，”Kyhm说。“虽然旧方法提供了增益频谱，但它无法分析长光条长度的增益饱和度。由于增益等值线显示了增益随光谱能量和光条长度的变化，因此分析沿光谱能量和光条长度的局部增益变化非常方便。
事实证明，该团队的图案化波导在高效和可控的信号放大方面非常有前途。“波导的光学约束效应非常棒，”Kyhm说。“增益系数增加，热稳定性也得到改善。”
研究人员表示，光学约束和散热的改善要归功于2D质心约束激子和由不均匀的纳米片厚度及其缺陷状态产生的局域态。
这一进展将能够开发基于钙钛矿纳米片的更可靠和通用的设备，例如激光器、传感器和太阳能电池。除此之外，它还可能被用于信息安全、神经形态计算和可见光通信。当然，与传统的硅基太阳能电池相比，增强的放大和更高的效率可以提高钙钛矿太阳能电池的性能。
当纳米级需要强光时，钙钛矿纳米片可以与其他纳米结构相结合，使放大的光能够充当光学探针。但是，将钙钛矿纳米片引入智能手机和照明等消费产品将需要克服稳定性、可扩展性和毒性问题。
“钙钛矿量子点已经被研究用于激光，但这种零维结构具有基本的局限性，”Kyhm说。“我们的工作表明，钙钛矿纳米片的2D结构可以成为另一种解决方案。
下一步是什么?“钙钛矿纳米片中光放大的基本物理原理仍然需要验证，”Kyhm说。
