Изменчивый кристалл

30 Jun 2021

Из неорганического перовскита создана перестраиваемая микрооптика

Трендовый материал солнечной энергетики в новом варианте непригоден для солнечных батарей, но подходит для сверхбыстрых фотонных устройств в телекоме и в области вычислительной техники.

Ученые предложили технологию лазерной обработки неорганического перовскитного микрокристалла, чтобы «печатать» различные пассивные и активные оптические элементы — микролинзы, дифракционные решетки и микролазеры. Их можно использовать в качестве «начинки» продвинутых устройств оптической коммуникации в телекоме, в вычислительной технике, сенсорике и т. д.

Что такое перовскит?

Перовскиты обнаружили в первой половине XIX века на Урале в виде минерала, состоящего из атомов кальция, титана и кислорода. Сегодня исследование свойств более продвинутых и сложных перовскитов (как правило, состоящих из органических и неорганических компонент), особенно в контексте солнечной энергетики,— это такой же тренд, как, например, развитие городских кофеен в мегаполисах.

Новый неорганический микрокристалл

Современные методы химического синтеза позволяют получать перовскиты различного химического состава и конфигурации. Органо-неорганические перовскиты в виде сплошных пленок используют в качестве активного слоя солнечных батарей. Коллектив исследователей из ИТМО предложил технологию синтеза полностью неорганических перовскитных микрокристаллов.

«В отличие от стандартных перовскитов для солнечных батарей в синтезируемых микрокристаллах органическая часть заменена атомом цезия. Получился высококачественный полностью неорганический полупроводник, обладающий яркой фотолюминесценцией и устойчивый к негативному влиянию факторов окружающей среды, которой подвержены его органо-неорганические собратья»,— отмечает Сергей Макаров, декан факультета фотоники Университета ИТМО, один из разработчиков технологии.

Такие микрокристаллы с их идеально гладкими стенками и высоким квантовым выходом фотолюминесценции — идеальный материал-основа для микролазеров — компонентов фотонных компьютеров и различных оптических приборов.

Ограничение нового материала в том, что кристаллы — это микрообъекты изначально слабоконтролируемой формы. На этапе изготовления, используя лишь химические методы, невозможно выдержать заданную форму и светоизлучающие характеристики каждого микрокристалла. Просто так применять их не получится.

Инновационная технология

Команда из ДВФУ предложила уникальную технологию лазерной обработки неорганических перовскитных микрокристаллов, синтезированных в ИТМО.

«Мы хотели сделать химически синтезированные микролазеры более функциональными и эффективными. Например, сформировать на их поверхности дифракционный оптический элемент, чтобы управлять формой, направлением и интенсивностью исходящего лазерного пучка. Такие микролазеры уже можно использовать в оптических микрочипах и различных сенсорных устройствах. Проблема в том, что нужных характеристик невозможно добиться такими стандартными методами обработки, как электронная или ионно-лучевая литография. Мы предложили уникальный способ высокоточного “скульптурирования” микрокристаллов фемтосекундными лазерными импульсами малой интенсивности со специальным дизайном лазерного пучка»,— говорит Алексей Жижченко, первый автор работы, старший научный сотрудник ИАПУ ДВО РАН и ДВФУ.

По словам ученого, команду удивило, насколько хорошо технология лазерной обработки сочетается с уникальными свойствами неорганического перовскита. Материал почти не проводит тепла. Температура, генерируемая лазером, не «разбегается» по нему, а приводит к локальному испарению перовскита. В результате на его поверхности остается гладкий рельеф, что крайне нетипично для методов лазерной абляции.

«На следующем этапе мы хотим научиться управлять основными характеристиками “доработанных” перовскитных микролазеров: длиной волны генерации, модовым составом, диаграммой направленности и т. д. Для этого при помощи лазера мы покроем микрокристаллы функциональным нанорельефом. Его свойства мы будем использовать в паре с возможностью обратимо перестраивать оптические свойства материала в газовой среде с использованием реакции замещения аниона. Это уникальная характеристика, которую нельзя реализовать ни в одном из существующих полупроводниковых материалов. Подобная перестройка открывает перспективы для создания полностью управляемых активных элементов фотоники для оптических коммуникаций следующего поколения»,— рассказал Александр Кучмижак, старший научный сотрудник Тихоокеанского квантового центра ДВФУ и ИАПУ ДВО РАН.

Контекст

Год назад ученые из ДВФУ, ИТМО и ДВО РАН предложили метод сверхточной лазерной обработки органо-неорганических галогенидных перовскитов. Они показали, как делать солнечные батареи всех цветов радуги для современной архитектуры, миллионами штамповать нанолазеры для будущих оптических транзисторов и быстро записывать на поверхность информацию, которую сможет прочитать только тот, кому она предназначена. Результаты исследования опубликованы в журнале Small.

Разработка материалов с новыми свойствами для разных областей применения — одно из приоритетных направлений «Стратегии научно-технологического развития РФ» и основных исследовательских направлений в ДВФУ, которое университет реализует в сотрудничестве с Российской академией наук.

«Direct Imprinting of Laser Field on Halide Perovskite Single Crystal for Advanced Photonic Applications»; A. Y. Zhizhchenko, A. B. Cherepakhin, M. A. Masharin, A. P. Pushkarev, S. A. Kulinich, A. P. Porfirev, A. A. Kuchmizhak, S. V. Makarov; журнал Laser & Photonic Reviews, июнь 2021 г.

Источник: Коммерсант

Dec 20
19 декабря прошла научная конференция «2023: Предварительные итоги»

19 декабря 2023 года Международный институт развития научного сотрудничества «МИ ...

Nov 15
III Международный форум «СМИ и цифровые технологии перед вызовами информационного и исторического фальсификата»

14 и 15 ноября в отеле «Националь» в Москве проходит III Международный форум «СМ ...

Oct 30
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ СЕМИНАР: «БЛИЖНИЙ ВОСТОК В УСЛОВИЯХ МЕНЯЮЩЕГОСЯ МИРОПОРЯДКА»

30 октября 2023 Центр научно-аналитической информации Института востоковедения Р ...

Oct 11
IX Международная встреча интеллектуалов на тему «Евразийские Балканы в большой мировой игре»

10-11 октября в Белграде прошла IX Международная встреча интеллектуалов на тему ...

Наши партнеры

Президиум

Profesor Name
Пономарева Елена Георгиевна

Президент Международного Института Развития Научного Сотрудничества
Российский политолог, историк, публицист. Доктор политических наук, профессор МГИМО

Profesor Name
Ариф Асалыоглу

Генеральный директор Международного Института Развития Научного Сотрудничества

Profesor Name
Мейер Михаил Серафимович

Научный руководитель Международного Института Развития Научного Сотрудничества
Доктор исторических наук. Профессор

Profesor Name
Наумкин Виталий Вячеславович

Председатель Попечительского совета Международного Института Развития Научного Сотрудничества
Доктор исторических наук, профессор, член-корреспондент РАН. Директор Института востоковедения РАН. Член научного совета Российского совета по международным делам.

Profesor Name
Мирзеханов Велихан Салманханович

Заместитель Председателя Попечительского совета Международного Института Развития Научного Сотрудничества
Доктор исторических наук. Профессор кафедры стран постсоветского зарубежья РГГУ, профессор факультета глобальных процессов МГУ им. М.В. Ломоносова.

Встреча российских и турецких молодых интеллектуалов