Chuyển đổi ngược khả năng phát hiện ánh sáng cận hồng ngoại trong perovskite chì halogen với các hạt nano lanthanide lõi-vỏ

Chuyển đổi ngược khả năng phát hiện ánh sáng cận hồng ngoại trong perovskite chì halogen với các hạt nano lanthanide lõi-vỏ

    Chuyển đổi ngược khả năng phát hiện ánh sáng cận hồng ngoại trong perovskite chì halogen với các hạt nano lanthanide lõi-vỏ
    bởi Cơ quan Khoa học và Công nghệ Nhật Bản (JST)

    Novel near-infrared light detection method using upconversion materials is demonstrated
    Phát hiện ánh sáng NIR chuyển đổi lên của thiết bị perovskite chì halide Một thiết bị tách sóng quang dựa trên perovskite cho ánh sáng cận hồng ngoại (NIR) đã được chuẩn bị bằng cách sử dụng các hạt nano chuyển đổi lên (UCNP) được phủ perovskite với khả năng hấp thụ NIR mạnh và hiệu suất UC cao. Ảnh: JST


    Trong Chương trình Nghiên cứu Cơ bản Chiến lược PRESTO của JST, Phó Giáo sư Ayumi Ishii của Đại học Khoa học Teikyo cùng với các thành viên trong nhóm của mình đã phát triển một cảm biến ánh sáng cận hồng ngoại mới bằng cách sử dụng một vật liệu chuyển đổi ánh sáng cận hồng ngoại yếu thành ánh sáng khả kiến.

    Ánh sáng cận hồng ngoại được sử dụng trong nhiều ứng dụng hàng ngày, chẳng hạn như trong camera hồng ngoại (camera nhìn ban đêm), giao tiếp hồng ngoại (giao tiếp không dây), giao tiếp sợi quang, điều khiển từ xa và xác thực sinh trắc học. Việc phát hiện ánh sáng yếu trong vùng hồng ngoại gần và cải thiện độ nhạy là điều không thể thiếu đối với sự phát triển của công nghệ truyền thông quang học, chẩn đoán y tế, giám sát môi trường và các lĩnh vực khác.

    Các chất bán dẫn hợp chất (ví dụ: InGaAs) có dải hấp thụ tối ưu 900–1700 nm, được sử dụng để phát hiện ánh sáng ở vùng cận hồng ngoại. Tuy nhiên, các hệ thống này đắt tiền do quy trình sản xuất phức tạp liên quan đến việc sử dụng kim loại hiếm và bị hạn chế bởi nhiễu. Hơn nữa, các chất bán dẫn như vậy không thể hiện độ chính xác phát hiện ánh sáng khả kiến so với độ chính xác đạt được khi sử dụng silicon (Si) và các hợp chất khác.

    Nhóm nghiên cứu đã phát triển các hạt nano chuyển đổi ngược dựa trên lanthanide lõi-vỏ có thể chuyển đổi ánh sáng cận hồng ngoại yếu thành ánh sáng khả kiến với hiệu suất cao. Hơn nữa, bằng cách phát triển bộ tách sóng quang cận hồng ngoại (photodiode) kết hợp các hạt nano này với vật liệu bán dẫn vô cơ (chì perulfit chì) phản ứng với ánh sáng khả kiến, họ đã thành công trong việc chuyển đổi ánh sáng cận hồng ngoại yếu khó phát hiện thành tín hiệu điện. với hiệu suất 75%.

    Nói cách khác, bằng cách sử dụng phương pháp mới, rẻ tiền và đơn giản để chuyển đổi ánh sáng cận hồng ngoại—được coi là khó phát hiện với độ nhạy cao—thành ánh sáng khả kiến có thể được phát hiện với độ chính xác cao bằng cách sử dụng các công nghệ và vật liệu hiện có, nhóm nghiên cứu đã đạt được sự cải thiện mạnh mẽ về hiệu quả phát hiện ánh sáng cận hồng ngoại yếu.

    Thành tựu này thúc đẩy đề xuất về một phương pháp phát hiện ánh sáng cận hồng ngoại tiết kiệm năng lượng và tài nguyên mới bằng cách sử dụng vật liệu nano chuyển đổi ánh sáng cận hồng ngoại năng lượng thấp thành ánh sáng khả kiến năng lượng cao. Vì công nghệ này hỗ trợ ánh sáng yếu ở vùng cận hồng ngoại, vùng khó phát hiện và sử dụng ngay cả dưới ánh sáng mặt trời, nên bằng cách chuyển đổi nó thành ánh sáng khả kiến, công nghệ này có thể cải thiện đáng kể độ nhạy tiếp nhận ánh sáng cận hồng ngoại của cảm biến quang học và hiệu quả sử dụng ánh sáng mặt trời trong quá trình quang hợp nhân tạo của pin mặt trời, trong số những thứ khác.

    Bài báo được xuất bản trên tạp chí Advanced Photonics Research.

    Nghiên cứu được thực hiện với sự hợp tác của Giáo sư được bổ nhiệm đặc biệt Tsutomu Miyasaka của Đại học Toin ở Yokohama. Trong dự án nghiên cứu "Phát triển giao diện lai hữu cơ-vô cơ cho thiết bị cảm biến một photon" trong lĩnh vực "Các photon được kiểm soát hoàn toàn và việc sử dụng chủ động của chúng để tạo ra kỷ nguyên mới" thuộc Chương trình nghiên cứu cơ bản chiến lược JST PRESTO, nhóm đã nhằm khắc phục các giới hạn của các chức năng cảm biến như tiếp nhận ánh sáng, đo lường và chụp ảnh, bằng cách thực hiện quá trình tách sóng quang siêu nhạy liên quan đến việc cảm nhận ánh sáng ở cấp độ một photon.

    Bằng cách áp dụng phương pháp vật liệu-hóa học trong đó các vật liệu hữu cơ và vô cơ được hợp nhất tại giao diện, nghiên cứu này nhằm mục đích phát triển các bộ tách sóng quang đa chức năng và có độ nhạy cao có thể cung cấp thông tin liên quan đến các khía cạnh khác nhau của ánh sáng (ví dụ: bước sóng và tính dị hướng (phân cực)) để phạm vi tối đa có thể ở cấp độ đơn photon.

    Zalo
    Hotline