Aprovechar las propiedades cuánticas de los fotones para la optoelectrónica requiere fuentes de luz altamente eficientes. Los nanocristales de perovskita de trihaluro de plomo exhiben una serie de propiedades que los convierten en candidatos prometedores como fuentes de luz. Aunque el acoplamiento de emisores cuánticos con cavidades nanofotónicas puede aumentar significativamente la eficiencia, este enfoque no se ha explorado con estos nanocristales.

Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad de Maryland y ETH Zurich ha demostrado un enfoque simple para acoplar nanocristales de perovskita de tribromuro de plomo de cesio sintetizado en solución (CsPbBr3) con cavidades fotónicas de nitruro de silicio (SiN). La emisión de luz resultante a temperatura ambiente aumenta en un orden de magnitud por encima de lo que las perovskitas pueden emitir solas. El candidato a doctorado Zhili Yang y otros informaron sus resultados esta semana en Letras de física aplicada .

"Nuestro trabajo muestra que es posible mejorar la emisión espontánea de nanocristales de perovskita coloidal utilizando una cavidad fotónica, ", Dijo Yang." Nuestros resultados proporcionan un camino hacia fuentes de luz compactas en chip con un tamaño y consumo de energía reducidos ".

Para acoplar los nanocristales a la cavidad fotónica, el grupo gota a gota nanocristales de perovskita en solución de tolueno sobre la cavidad de SiN. Luego excitaron el dispositivo con un láser pulsado, conduciendo a la emisión de fotones de los nanocristales.

El uso de soluciones para hacer emisores cuánticos coloidales contrasta con la fabricación de materiales epitaxiales, un proceso ampliamente utilizado que implica el crecimiento de capas cristalinas sobre un sustrato existente. En lugar de, Yang dijo:uno puede depositar directamente nanocristales coloidales usando solventes más fácilmente en diferentes tipos de obleas.

Los materiales de perovskita similares ya son prometedores en entornos fotovoltaicos, y también exhiben una serie de propiedades que los convierten en candidatos prometedores para dispositivos emisores de luz.

"Los nanocristales tienen una baja densidad de defectos que pueden atrapar portadores [electrones y huecos], produciendo una tasa de desintegración no radiativa muy baja y una alta eficiencia de fotoluminiscencia a temperatura ambiente, "Dijo Yang.

Los intentos de emitir luz con materiales epitaxiales generalmente no han logrado cubrir de manera eficiente el espectro de luz visible. siendo particularmente problemático el rango de longitud de onda en el azul-verde. El dispositivo que el equipo demostró exhibía una emisión centrada en 510 nanómetros en verde.

"El gran desafío de este método, sin embargo, es que hay que encontrar una concentración [densidad] muy optimizada de los cristales en la superficie de la cavidad, "Dijo Yang." No puede estar demasiado condensado o de lo contrario será perjudicial para la cavidad y podría conducir a una inconformidad ".

Los nanocristales y la nanocavidad acoplados mejoraron diez veces el brillo de las emisiones en comparación con los emisores solos. Resultó en una mejora de la tasa de emisión espontánea de 2,9, reflejando un aumento de casi tres veces en la eficiencia de emisión de fotones dentro de la cavidad en comparación con las perovskitas en superficies sin patrón.

Los resultados son una bendición para la optoelectrónica, Yang dijo:un campo que aprovecha los efectos cuánticos de los fotones en los materiales electrónicos para ayudar a construir circuitos ópticos que no sufrirán algunas de las ineficiencias de los dispositivos puramente electrónicos, como calefacción. Los dispositivos optoelectrónicos también disfrutan de velocidades de procesamiento más rápidas y anchos de banda de señal más amplios, y puede que algún día se use en computación cuántica y redes de comunicación cuántica.