اولین دستگاه دومنظوره نوری جهان ساخته شد

به گزارش وبلاگ تیم مسلم، گروهی از محققان بین المللی پیروز به ساخت دیودهای مبتنی بر پروسکایت (perovskite) شده اند که همزمان توانایی ساطع کردن و شناسایی نور را دارند.

اولین دستگاه دومنظوره نوری جهان ساخته شد

منابع نوری و ردیاب ها مؤلفه های اصلی دستگاه های بی شمار فناوری در بازار هستند. به عنوان مثال، دیودهای ساطع کننده نور(LED) معمولاً به عنوان منبع نور در نمایشگرها و سایر فناوری ها مورد استفاده قرار می گیرند، در حالی که 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 حالی که 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 چین به تازگی 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 CaTiO3 از مجموعه کانی ها و رادیواکتیویته کامل است. این ماده آلی اولین بار در سال 1839 توسط 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 گفت: اگر ما یک دستگاه دو منظوره داشتیم که بتواند به طور 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 LED 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 21 درصد استفاده کردند.

چونشیونگ بائو یکی از محققان این مطالعه گفت: بر اساس مطالعه قبلی، ما عملکرد تشخیص نور این دستگاه ها را بیشتر بررسی کردیم و متوجه شدیم که آنها 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 نظیر فوتوالکتریک دارد. علاوه بر راندمان کوانتومی تابش نور بالا (PLQE) که برای تولید ال ای دی 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 همچنین از تحرک حامل بالایی برخوردار است و از این رو می توان از آن برای ساخت نوارهایی با ضخامت های مختلف استفاده کرد. سرانجام محققان همپوشانی زیادی بین میزان 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 محققان 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 21 درصد و تشخیص نور را دارد. همچنین می تواند سرعت عملکرد ده ها مگا هرتز را در هنگام انتشار و تشخیص نور به دست آورد و عملکرد بسیار خوبی در هر کدام دارد. علاوه بر این، هنگامی که از آن به عنوان 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 می دهند، بنابراین جذب ضعیفی از نور ساطع شده از همان ماده نشان می دهند، در حالی که LEDهای نقطه کوانتومی کلوئیدی همیشه به دلیل خاصیت حاملی بسیار کم، با نوار نقطه کوانتومی بسیار نازک ساخته شده اند. بنابراین جذب نور آنها بسیار ضعیف است.

این محققان از نخستین کسانی هستند که یک دیود مبتنی بر پروسکایت را معرفی کرده اند که می تواند همزمان به عنوان 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 می توانند به عنوان منبع نور و آشکارساز نیز مورد استفاده قرار گیرند.

محققان 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 گفت: ما اکنون قصد داریم سرعت پاسخگویی دستگاه و طول عمر آن را بهبود ببخشیم و عملکرد تشخیص نور مرئی را در آن مطالعه کنیم.،ایسنا

منبع: ایران آنلاین

به "اولین دستگاه دومنظوره نوری جهان ساخته شد" امتیاز دهید

امتیاز دهید:

دیدگاه های مرتبط با "اولین دستگاه دومنظوره نوری جهان ساخته شد"

* نظرتان را در مورد این مقاله با ما درمیان بگذارید