به گزارش ایسنا و به نقل از فیز، منابع نوری و ردیاب ها مؤلفه های اصلی دستگاه های بی حد و اندازه فن آوری در بازار هستند. به عنوان مثال ، دیودهای ساطع کننده نور( LED) معمولاً به عنوان منبع نور در نمایشگرها و سایر فن آوری ها مورد استفاده قرار می گیرند، در حالیکه از فوتودیودها برای تشخیص نور در حسگرها، تصویربرداری و ابزارهای ارتباطی فیبر نوری استفاده می شود.
منابع نوری و ردیاب های موجود، دو نوع دستگاه متمایز با عملکردهای متفاوت هستند. در حالیکه توسعه دستگاهی که هم بتواند نور را تولید کند و هم تشخیص دهد، می تواند منجر به طراحی فناوری های فشرده تر و هوشمندتر شود.
محققان دانشگاه" لینکوپینگ"( Linköping) در سوئد، دانشگاه شنژن چین و چندین دانشگاه دیگر در کشور چین جدیدا دیودهای کارآمدی تولید کرده اند که قادر به انتشار و تشخیص همزمان نور هستند. این دستگاه جدید که در مقاله ای منتشر شده در مجله Nature Electronics ارائه شده، با استفاده از یک ماده پروسکایت فرآوری شده در محلول ساخته شده است.
پروسکایت( Perovskite) با فرمول شیمیایی CaTiO۳ از مجموعه کانی ها و رادیواکتیویته کامل است. این ماده آلی بار اول در سال ۱۸۳۹ به وسیله" گوستاو روز" در کوه های اورال در روسیه کشف شد و به افتخار" پروسکایت" زمین شناس روسی نامگذاری شده است.
" فنگ گائو"، محقق اصلی این مطالعه ذکر کرد:اگر ما یک دستگاه دو منظوره داشتیم که بتواند به صورت مؤثر نور را هم منتشر کند و هم تشخیص دهد، می توانستیم از یک دستگاه واحد برای انجام کارهایی استفاده کنیم که به طور معمول به دو دستگاه نیاز دارند. این نه تنها می تواند هزینه تولید دستگاه ها را کاهش دهد، بلکه ادغام منابع نوری و آشکارسازها را در تراشه های اپتوالکترونیکی تسهیل می کند.
" گائو" و همکارانش در مطالعه قبلی که در مجله Nature Photonics ارائه شده بود، مکانیزم شناخته شده به عنوان " اثر غیرفعال سازی"( passivation effect) را در نوارهای پروسکایت شناسایی کردند که موادی در حال ظهور برای ساخت ال ای دی هستند. آنها سپس یک غیرفعال کننده کارآمد( یعنی ماده ای را که می تواند نواقص موجود در نیمه رساناها را ترمیم کند) طراحی کرده و از آن برای بهبود بازدهی کوانتومی LEDهای پروسکایت نزدیک به مادون قرمز تا بیش از ۲۱ درصد استفاده کردند.
" چونشیونگ بائو" یکی از پژوهشگران این مطالعه ذکر کرد:طبق مطالعه قبلی، ما عملکرد تشخیص نور این دستگاه ها را بیشتر بررسی کردیم و متوجه شدیم که آن ها عملکرد قابل توجهی را در تشخیص نور نشان می دهند.
وی افزود:اکنون ما در مطالعه جدید، تلاش های خود را بر بهبود همزمان انتشار نور و عملکرد ردیابی نور مبتنی بر پروسکایت متمرکز کردیم.
ماده پروسکایتی که" گائو"،" بائو" و همکارانشان برای ساخت دیود جدید از آن استفاده کردند، چندین ویژگی بی بدیل فوتوالکتریک دارد. علاوه بر راندمان کوانتومی تابش نور بالا( PLQE) که برای تولید led های با کارایی بالا ایده آل است، این ماده از ضریب جذب بالایی برخوردار است و امکان تشخیص نور را فراهم می کند.
این ماده همچنين از تحرک حامل بالایی بهره مند است و از این جهت میتوان از آن برای ساخت نوارهایی با ضخامت های مختلف استفاده کرد. سرانجام محققان همپوشانی زیادی بین ميزان جذب پروسکایت و طیف های نور تابشی مشاهده کردند. این بدان معنی است که این ماده همچنین می تواند نوری که خود ساطع می کند را جذب کند.
همه این خصوصیات در کنار هم امکان ایجاد LEDهای بسیار کارآمد را ایجاد می کند. به عبارت دیگر، این خصوصیات همان چیزی است که در نهایت به پژوهشگران اجازه ایجاد یک دستگاه واحد را داده است که هم قادر به انتشار و هم جذب و شناسایی نور باشد.
این دیود تازه توسعه یافته قابلیت انتشار نور با راندمان کوانتومی بیش از ۲۱ درصد و تشخیص نور را دارد. همچنين میتواند سرعت عملکرد ده ها مگا هرتز را در هنگام انتشار و تشخیص نور بدست‌آورد و عملکرد بسیار خوبی در هر کدام دارد. همچنین ، زمانی که از آن بعنوان ردیاب استفاده می شود، دستگاه به نور ساطع شده توسط خود نیز حساس است.
" بائو" توضیح داد:استفاده از نیمه رساناهای فرآوری شده در محلول در دستگاه های دو منظوره با کارایی بالا بسیار چالش برانگیز است. برای مثال باید از نیمه رساناهای آلی و نقطه کوانتومی کلوئیدی استفاده کنید. نیمه رساناهای آلی همیشه همپوشانی بسیار کمی بین طیف های جذب و تابش نور نشان میدهند ، بدین ترتیب جذب ضعیفی از نور ساطع شده از همان ماده نشان می دهند ، در حالیکه LEDهای نقطه کوانتومی کلوئیدی همیشه به علت خاصیت حاملی بسیار کم، با نوار نقطه کوانتومی بسیار نازک ساخته شده اند. بدین ترتیب جذب نور آنها بسیار ضعیف است.
این پژوهشگران از نخستین کسانی هستند که یک دیود مبتنی بر پروسکایت را معرفی نموده اند که میتواند همزمان بعنوان یک منتشر کننده نور و یک دستگاه تشخیص نور عمل کند و در عین حال عملکرد خوبی را در هر دو انجام دهد.
وسیله ای که آنها ایجاد کرده اند در آینده می تواند برای ایجاد قطعات الکترونیکی کوچکتر مورد استفاده قرار گیرد که میتوانند بعنوان منبع نور و آشکارساز نیز مورد استفاده قرار گیرند.
پژوهشگران در مقاله خود تشریح می کنند که چگونه می توان از آن برای ساخت حسگر ضربان قلب یکپارچه و ارتباطات نوری دو طرفه استفاده کرد.
" بائو" خاطرنشان کرد:ما اینک قصد داریم سرعت پاسخگویی دستگاه و طول عمر آنرا بهبود ببخشیم و عملکرد تشخیص نور مرئی را در آن مطالعه کنیم.
- 9
- 6
