研究人员发明了基于卤化钙钛矿的发光纳米天线

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来自ITMO大学的年轻科学家开发出基于卤化钙钛矿的新型有效纳米级光源。所考虑的纳米源是亚波长纳米颗粒,其既用作发射器又用作纳米天线,并且允许固有地增强光发射而无需额外的装置。此外,钙钛矿能够通过改变材料的组成来调整整个可见光范围内的发射光谱。这使得新纳米粒子成为用于制造光学芯片,发光二极管或传感器等紧凑型光电器件的有前途的平台。结果发表在Nano Letters上,这是纳米光子学领域的领先期刊之一。

纳米级光源和纳米天线已经在几个领域中找到了广泛的应用,例如超紧凑像素,光学检测或电信。然而,由于通常使用的材料的发光效率有限以及单个量子点或分子的非定向和相对弱的光发射,基于纳米结构的器件的制造相当复杂。更具挑战性的任务是将纳米级光源精确地放置在纳米天线附近。

ITMO大学的一个研究小组设法将纳米天线和光源结合在一个纳米粒子中。它可以通过与激子耦合的激发谐振模式产生,增强和路由发射。“我们使用混合钙钛矿作为这种纳米天线的材料,”该出版物的第一作者Ekaterina Tiguntseva说。“ 钙钛矿的独特功能使我们能够用这种材料制造纳米天线。我们基本上合成了钙钛矿薄膜,然后通过脉冲激光烧蚀技术将材料颗粒从薄膜表面转移到另一个基板上。与替代方案相比,我们的方法相对简单且具有成本效益。“

在研究获得的钙钛矿纳米粒子时,科学家发现,如果其光谱与米氏共振模式匹配,则可以增强它们的发射。“这种共鸣的命名是为了纪念杰出的德国科学家Gustav Mie,” ITMO大学混合纳米光子学和光电子实验室工程师George Zograf解释道。“他开发了一个描述光如何与小于波长的球状物体相互作用的一般理论。目前,科学家们对与电介质和半导体纳米粒子相关的Mie共振特别感兴趣。在我们的工作中使用的钙钛矿也是半导体,其发光效率远高于许多其他材料。我们的研究表明,激子与钙钛矿纳米颗粒中Mie共振的结合使它们成为室温下的高效光源。“

另外,可以通过改变材料组成中的阴离子来改变纳米颗粒的辐射光谱。“材料的结构保持不变,我们只是在钙钛矿薄膜的合成中使用另一种成分。因此,不必每次都调整方法。它仍然是相同的,但我们纳米粒子的发光颜色发生了变化, “叶卡捷琳娜说。

“据我们所知,没有人能够获得具有可调发射光谱的亚波长钙钛矿纳米天线,”乔治补充道。“ 当我们提交这份文件时,我们的高级同事开玩笑地要求我们烘烤一些反映我们工作概念的糕点,以防该文章被接受。因此,我们用纳米粒子发射的颜色庆祝了纸杯蛋糕的出版工作。我们采用了剑桥大学Jeremey Baumberg教授领导的研究小组的这一优秀传统。“

科学家们目前正在继续研究使用各种成分进行合成的发光钙钛矿纳米天线。此外,他们正在开发钙钛矿纳米结构的新设计,这可以改善超紧凑的光学和传输装置。

混合纳米光子学和光电子实验室是ITMO大学光子学大学纳米光子学和超材料国际研究中心的一部分。它是在项目5-100的框架内创建的,这是一项俄罗斯学术卓越计划,旨在提高俄罗斯领先大学在世界领先的研究和教育中心中的竞争力。这些大学教师解决了在电信,制造业,能源,医药和生态等领域应对全球挑战的问题。在这方面的关键挑战之一是开发光子学和电子学的集成机制,以便为制造用于通信,各种传感器,医学和能源的廉价且高效的芯片系统创建平台。

来自纳米光子学和超材料国际研究中心的科学家致力于开发基于混合钙钛矿纳米天线的光学信号源新平台,以进一步集成到紧凑的全光学芯片中。

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