Лазерный мир

Группа ученых, в которую вошли сотрудники ИТМО, предложила новый способ обработки крошечных фрагментов перовскита. Он позволяет дешево и точно придавать микрокристаллам нужную форму для создания линз и других элементов оптоэлектроники. Это может приблизить широкое внедрение данного материала в промышленность. Работа исследователей опубликована в Laser & Photonics Reviews.

Direct Imprinting of Laser Field on Halide Perovskite Single Crystal for Advanced Photonic Applications
Single crystal halide perovskites with microscale dimensions are an emerging class of objects for various advanced photonic and optoelectronic applications. Particularly, defect tolerance and broadband tunability of luminescence make them one of the most prospective candidates to develop microlasers for visible range. However, their post-processing by standard nanolithography methods face a number of problems related to worsening of their properties, thus making gentle laser processing one of best solutions for perovskite patterning. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202100094

Сегодня одним из самых активно изучаемых материалов является семейство перовскитов. Первым перовскитом был минерал титаната кальция, открытый в 1839 году в горах Урала, он долгое время рассматривался как материал для конденсаторов. Затем в 1980-х годах более сложные перовскиты стали применять для высокотемпературных сверхпроводников. Однако в начале XXI века произошло его повторное «открытие», на этот раз как ценного сырья для фотоники.

Лазерная обработка

Международная группа ученых, в которую вошли ученые Университета ИТМО, Дальневосточного федерального университета, Института систем обработки изображений РАН и японского Университет Токай предложила иной способ придания монокристаллам перовскита нужной формы.

«В наших предыдущих работах мы опробовали технологию лазерной абляции тонких пленок, состоящих из множества нанокристаллов перовскита, — вспоминает Александр Кучмижак, старший научный сотрудник в Тихоокеанском квантовом центре ДВФУ и ИАПУ ДВО РАН, соавтор работы. — Мы показали, что из пленки можно вырезать лазером микроструктуры различной формы. При этом такая обработка не приводила к деградации оптических и светоизлучающих свойств полученных структур в результате лазерного воздействия. На основе этой работы мы решили попробовать схожий метод для обработки единичных микро- и нанокристаллов перовскита».

Для этого ученые использовали ультракороткие (фемтосекундные) лазерные импульсы. За счет того, что перовскит имеет сравнительно плохую теплопроводность, ученым удалось выжечь нужные части кристалла, не повредив его структуру на соседних участках. Таким образом, ученым удалось «вырезать» из монокристалов линзы и другие элементы, которые можно использовать в оптических системах.

«С использованием разработанного лазерного метода записи нам удалось сформировать из перовскитных микрокристаллов разнообразные функциональные оптические микроструктуры — различные микролинзы, “субволновые” дифракционные решетки с периодом существенно меньше длины волны оптического излучения и так далее. Однако, перовскитные оптические элементы могут использоваться не только как пассивные устройства — для отклонения пучка или его фокусировки в дифракционный предел, они также могут выступить в качестве функциональных элементов более сложных активных оптических устройств — микролазеров, свербыстрых модуляторов и других элементов оптических чипов нового поколения” — рассказывает еще один соавтор работы, старший научный сотрудник ИАПУ ДВО РАН и ДВФУ Алексей Жижченко.

Данное исследование открывает новые возможности для создания высококачественных элементов микрооптики из перовскитов. Это может приблизить широкомасштабное использование этого материала в микрочипах и других оптоэлектронных устройствах. Проект поддержан Российским научным фондом.

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

Константин Крылов

 Источник: https://news.itmo.ru/ru/science/photonics/news/10435/