Гибкие лазеры на перовскитах и терагерцовые поляритонные устройства, которые видят сквозь стены

Гибкие лазеры на перовскитах и терагерцовые поляритонные устройства, которые видят сквозь стены

Новости науки и техники, Новости партнеров Комментариев к записи Гибкие лазеры на перовскитах и терагерцовые поляритонные устройства, которые видят сквозь стены нет

В Петербурге уже в течение ближайших трех лет будет построена первая в России лаборатория, где ученые займутся созданием оптоэлектронных устройств с качественно новой функциональностью. За основу международная команда возьмет гибридные перовскиты, а на выходе планирует получить улучшенные светодиоды (LED), новые лазеры (например, инжекционные гибкие лазеры и даже поляритонные лазеры), солнечные элементы и фотоприемники. Как будет работать уникальная лаборатория, что такое гибкие лазеры, чем они так хороши и насколько реально создать терагерцовое устройство, которое позволит видеть сквозь стены, — в нашем материале.
Что такое «перовскитная революция» и к чему она привела
Еще столетие назад перовскит был известен лишь как редкий природный материал — титанат кальция (TiCaO3). Впервые минерал обнаружили в России, в Уральских горах, а своим названием он обязан графу Льву Перовскому (общая формула перовскитов ABX3, собственно, и была названа перовскитной структурой). Новый прорыв в изучении свойств подобного материала, но уже с другими, чем у TiCaO3 компонентами (A, B, X) произошел лишь несколько лет назад. И в данном случае речь шла уже о так называемом гибридном органически-неорганическом материале MAPbI3.
В 2013 году журнал Science включил новые гибридные перовскиты в список прорывных технологий на правах перспективного элемента для солнечных батарей. Тогда же ученые обнаружили, что их КПД применительно к фотовольтаике и светодиодам практически сопоставим с традиционными лучшими полупроводниками, такими как, например, кремний или арсенид галлия. Обладают перовскиты еще одним преимуществом: технология их изготовления не только проще, но и позволяет применять их на любых гибких основах — от листа бумаги или полимерной пленки до ткани.

Об этапах создания уникальной лаборатории, первых результатах сотрудничества и «задачах мечты» в фотонике ITMO.NEWS поговорил с руководителями мегагранта — старшим научным сотрудником кафедры нанофотоники и метаматериалов Сергеем Макаровым и профессором Техасского университета в Далласе Анваром Захидовым, который накануне приехал в Петербург для проведения первого международного двухдневного семинара, посвященного формальному началу работы по проекту (Kick-off Workshop).
Вы начали сотрудничество в начале 2016 года, а уже в сентябре прошлого года вам удалось выиграть мегагрант. Как начиналась совместная работа и каких результатов удалось достичь на сегодняшний момент?

Сергей Макаров: В начале 2016 года мы поняли, что есть взаимный интерес, что в нашей работе существует пересечение по многим темам. Я долгое время занимался нанофотоникой, а Анвар — новыми материалами и оптоэлектронными устройствами на их основе. Мы поняли, что современная наука и технологии созрели для того, чтобы объединить эти области (в частности, гибридные перовскиты), то есть соединить новые гибридные материалы с новыми концепциями нанофотоники, чтобы сделать на этой основе новые устройства. Улучшенные солнечные элементы, новые лазеры, фотоприемники, светодиоды — все это можно создать за счет новых концепций нанофотоники. Мы используем наночастицы, которые позволяют управлять светом на наномасштабе и делать, допустим, LED-светодиоды более яркими, лазеры более интенсивными, солнечные элементы более эффективными — в целом повышать эффективность всех оптоэлектронных устройств на основе новых материалов.

Что это за «задачи мечты»? Расскажите, пожалуйста, подробнее.

Анвар Захидов: Возьмем к примеру те лазеры, которые мы сегодня носим в кармане в качестве указки, — они крайне просты. Вы нажимаете на кнопку, от батареи идет электричество, и ток превращается в свет в твердотельных диодах. Они называются электрически накачиваемыми лазерами. Так вот наша мечта — создать такой же электрически накачиваемый лазер, но только на гибридном перовскитном материале, который будет очень тонким и гибким. Он будет более ярким, у него будут другие, перестраиваемые в яркие цвета, он в целом будет гораздо более функционален и эффективен. И кроме того, мы сможем сделать его гибким или даже пластичным, как резина. Например, в виде небольшого платочка, который можно растягивать, или в виде прочной ткани. Это может быть даже тонкая прозрачная веревочка, которую можно обмотать вокруг пальца, нажать и из нее будет идти свет. Прикладное применение такого прибора очень обширно. Можно сделать ткани, на которых будет много лазеров. Лазер можно использовать, чтобы, например, лечить, диагностировать заболевания, диагностировать присутствие каких-то токсических веществ вокруг нас, это ведь будут очень чувствительные сенсоры. Но это все простые применения. Гораздо более интересными будут фотонные чипы, или фотонные интегральные схемы, совместимые с кремниевыми CMOS-чипами. Такие чипы смогут стать базой новых компьютеров, устройств памяти.

И наконец, вторая большая мечта, над которой бьется весь мир, — это так называемый поляритонный лазер, в основе которого лежит новый принцип Бозе-Эйнштейновской конденсации комплексных бозе-частиц — светоэкситонов, более известных как поляритоны. Пока их делают при очень низких температурах, на основе периодических квантовых ям, которые создаются с помощью очень сложной и дорогой технологии, а мы хотим получить их довольно простыми методами и тоже на основе перовскитов, но специальным образом наноструктурированных, свойства которых в этом плане еще до конца не изучены. И они, как мы надеемся, будут работать при комнатной температуре.
Каково может быть его практическое применение?
Анвар Захидов: Прикладное применение такое же, как у обычных лазеров, но эти поляритоны могут иметь какие-то дополнительные необычные области. Например, они могут светить в области терагерцового излучения, на основе переходов в самом Бозе-Эйнштейновском конденсате. Все хотят терагерцы. Почему? Потому что они, эти волны субмиллиметрового диапазона, проходят через человеческое тело, сквозь предметы. Они проходят сквозь стены. Вы можете сквозь стену увидеть, что там кто-то стоит, и знать конкретно, что он там делает. Сейчас, конечно, нет таких приборов, которые могут видеть человека сквозь стены. И нет еще таких источников.
Пока эта мечта, конечно, очень далека. Хотя могу сказать, что в Университете ИТМО сложился очень мощный коллектив, исторически в этом университете есть серьёзная теоретическая группа, это сильные фотонщики, оптики, они тоже очень давно носятся с этой идеей. У них сейчас есть очень большие наработки в плане нанофотоники, а материала до этих пор не было. Но теперь с этим материалом появились мы. И мы можем применить его в таких нано-структурах, в которых, скорее всего, не обычный электрический, а именно поляритонный перовскитный лазер, возможно, и получится. Мечта такая есть, и над ее осуществлением надо много работать.

Источник: http://news.ifmo.ru/ru/science/photonics/news/6435/


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2016
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top