Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Løsningsvoksne nanotråder gjør de beste lasere

Anonim

Ta et materiale som er et fokus av interesse for jakten på avanserte solceller. Oppdag en "freshman chemistry level" teknikk for å dyrke det materialet i høyeffektive, ultra-små lasere. Resultatet, avslørt i dag (mandag 13. april) i Nature Materials, er en snarvei til lasere som er svært effektive og i stand til å skape mange farger av lys.

annonse


Det gjør disse små laserene egnet for miniatyroptoelektronikk, datamaskiner og sensorer.

"Vi jobber med en klasse av fascinerende materialer som kalles organisk uorganiske hybridperovskitter som fokuserer nå for høyeffektive solceller som kan gjøres fra løsningsprosesser, sier Song Jin, professor i kjemi ved universitetet av Wisconsin-Madison.

"Mens de fleste forskere gjør disse perovskite-forbindelsene til tynne filmer for fremstilling av solceller, har vi utviklet en ekstremt enkel metode for å dyrke dem i langstrakte krystaller som gjør svært lovende lasere, sier Jin. De små rektangulære krystaller som vokser i Jin's lab, er omtrent 10 til 100 millionerths meter lange med rundt 400 milliarder meter av en meter (nanometer) over. Fordi deres tverrsnitt er målt i nanometer, kalles disse krystallene nanotråder.

Den nye vekstteknikken hopper over det kostbare og kompliserte utstyret som trengs for å lage konvensjonelle lasere, sier Jin, en ekspert på krystallvekst og nanomaterialesyntese.

Jin sier at nanoteknene vokser på ca 20 timer når en glassplate belagt med en fast reaktant er nedsenket i en løsning av den andre reaktanten. "Det er ingen varme, ingen vakuum, ikke noe spesielt utstyr som trengs, " sier Jin. "De vokser i et beger på labbenbenken."

"Den enkle krystall perovskite nanowires vokst fra løsninger ved romtemperatur er høy kvalitet, nesten fri for defekter, og de har de fine reflekterende parallelle fasettene som en laser trenger, " forklarer Jin. "Viktigst, i henhold til de konvensjonelle måtene på laskekvalitet og effektivitet, er de virkelige standouts."

Når testet i laboratoriet av Jins samarbeidspartner, Xiaoyang Zhu av Columbia University, var laserne nesten 100 prosent effektive. I hovedsak produserte hver foton absorbert en foton av laserlys. "Fordelen med disse nanorelaserne er den mye høyere effektiviteten, med minst en størrelsesorden, over eksisterende, " sier Zhu.

Lasere er enheter som gir sammenhengende, rent farget lys når de stimuleres med energi. "Coherent" betyr at lysbølgene beveger seg synkront, med høye og lave punkter som opptrer på samme sted. Sammenheng og enkeltbølgelengden, ren farge gir lasere sine mest verdifulle egenskaper. Lasere brukes overalt fra DVD-spillere, optisk kommunikasjon og kirurgi for å kutte metall.

Nanowire lasere har potensial til å forbedre effektivitet og miniaturiseringsenheter, og kan brukes i enheter som kombinerer optisk og elektronisk teknologi for databehandling, kommunikasjon og sensorer.

"Disse er rett og slett de beste nanorlaserne med alle ytelseskriterier, " sier Jin, "selv når det sammenlignes med materialer som vokser i høy temperatur og høyvakuum. Perovskites er egentlig gode materialer for lasing, men når de vokser i krystallkvaliteter av høy kvalitet med riktig størrelse og form, de skinner virkelig. "

Det som også er spennende er at det bare er å justere oppskriften for å dyrke nanotråene, og det kan skape en serie lasere som avgir en bestemt bølgelengde av lys på mange områder av det synlige spektret.

Før disse nanorlaserne kan brukes i praktiske applikasjoner, sier Jin at deres kjemiske stabilitet må forbedres. Det er også viktig å finne en måte å stimulere laseren med elektrisitet i stedet for lys, som bare ble demonstrert.

Samarbeidsprosjektet ble finansiert av US Department of Energy Basic Energy Sciences programmet. Graduate student Yongping Fu designet, syntetisert og preget av perovskite nanowires i Jin's lab i Madison. Haiming Zhu, en postdoktoralforsker i Zhus laboratorium i Columbia, utførte de optiske studiene av disse nanotrådene og etablerte sine bemerkelsesverdige lasingegenskaper.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av University of Wisconsin-Madison . Original skrevet av David Tenenbaum. Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Haiming Zhu, Yongping Fu, Fei Meng, Xiaoxi Wu, Zizhou Gong, Qi Ding, Martin V. Gustafsson, M. Tuan Trinh, Song Jin, XY. Zhu. Lead halide perovskite nanowire lasere med lav lasing terskler og høy kvalitet faktorer . Naturmaterialer, 2015; DOI: 10, 1038 / nmat4271