Perovskiittikerrosten atomit kohilleen18.11.2025
Halidiperovskiiteilla on erinomaiset optoelektroniset ominaisuudet, mutta niiltä puuttuu tarkka paksuuden ja kaistanleveyden hallinta heteroliitoksissa, mikä on kriittistä modulaarisille monikerrosarkkitehtuureille. Cambridgen yliopiston johtama tutkijaryhmä on nyt löytänyt uuden tavan kasvattaa ultraohuita perovskiittikalvoja siten, että niiden atomit asettuvat täydellisesti kohdalleen. Näin voisi mahdollistaa tehokkaampien, kestävämpien ja energiatehokkaampien laitteiden kehittämisen. Tutkijat käyttivät höyrytystekniikkaa kolmiulotteisten ja kaksiulotteisten perovskiittimateriaalien kasvattamiseen kerros kerrallaan, mikä mahdollisti kalvojen paksuuden säätämisen atomin murto-osien tarkkuudella. Muissa laajalti käytetyissä puolijohteissa, kuten piissä tai galliumnitridissä, yksittäisten kerrosten ominaisuuksia voidaan hienosäätää erilaisilla menetelmillä. Mutta perovskiitit ovat erinomaisesta suorituskyvystään huolimatta toistaiseksi osoittautuneet vaikeiksi hallita kerrosrakenteisissa laitteissa osittain niiden "kaoottisen" atomirakenteen vuoksi. ”Suuri osa perovskiittitutkimuksesta hyödyntää liuoskäsittelyä, joka on sotkuista ja vaikeasti hallittavaa”, toteaa tutkimuksen toinen johtaja, Sam Stranks. ”Siirtymällä höyrykäsittelyyn – samaan menetelmään, jota käytetään tavallisissa puolijohteissa – voimme saavuttaa saman atomitason hallinnan, mutta materiaaleilla, jotka ovat paljon anteeksiantavaisempia.” Tutkijat käyttivät kaksi- ja kolmiulotteisten perovskiittien yhdistelmää luodakseen ja ohjatakseen atomaarisesti viritettyjä pinojaan, ilmiötä, joka tunnetaan epitaksiaalisena kasvuna. Tämä hienosäätö mahdollisti tiimille suoran havainnoinnin siitä, miten materiaalin tuottama valo muuttuu riippuen siitä, onko kyseessä yksikerroksinen, kaksikerroksinen vai paksumpi kerros. Lisäksi he pystyivät suunnittelemaan kerrosten välisiä liitoksia kontrolloidakseen, pysyvätkö elektronit ja aukot yhdessä vai erillään – mikä on keskeinen tekijä materiaalin valon emittoinnissa tehokkaasti. ”Olemme saavuttaneet viritettävyyden tason, jota emme edes ajatelleet aloittaessamme”, sanoi tutkimuksen toinen johtaja Sir Richard Friend. ”Voimme nyt päättää, millaisen liitoksen haluamme – sellaisen, joka pitää varaukset yhdessä, vai sellaisen, joka vetää ne erilleen – vain muuttamalla hieman kasvuolosuhteita.” Tutkijat havaitsivat voivansa säätää kerrosten välistä energiaeroa yli puolella elektronivoltilla ja joissakin tapauksissa pidentää elektronien ja aukkojen elinikää yli 10 mikrosekuntiin: paljon pidempään kuin tavallisesti. Tiimin mukaan tämä tarkkuustaso voisi tasoittaa tietä skaalautuville, tehokkaille laitteille, jotka hyödyntävät valoa uusilla tavoilla, lasereista ja ilmaisimista seuraavan sukupolven kvanttiteknologioihin. ”Perovskiittikoostumuksen ja suorituskyvyn muuttaminen mielin määrin – ja näiden muutosten tutkiminen – on todellinen saavutus”, Stranks sanoi. ”Mutta mikä tärkeintä, se osoittaa, kuinka voimme valmistaa perovskiiteista toimivia puolijohteita, jotka voisivat jonain päivänä mullistaa halvan elektroniikan ja aurinkokennojen valmistuksen.” Aiheesta aiemmin: Perovskiittisille aurinkokennoille pitkäaikainen vakaus Innovatiivisia rajapintoja tehokkaille perovskiittisille aurinkokennoille |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Tutkijat ovat saavuttaneet uuden tason hallita halogenidiperovskiittien atomirakennetta luoden hienosäädetyn "energiavoileivän ", joka voisi mullistaa aurinkokennojen, ledien ja lasereiden valmistustavan.