Подход к обработке наноструктур перовскита, используемых при создании светодиодов и лазеров, который с помощью прекурсоров позволил получать образцы, излучающие свет в различных диапазонах спектра, разработала международная команда ученых, 7 июня сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу РНФ.

В разработке технологии, существенно упрощающей применение перовскитов для различных областей оптоэлектроники, приняли участие специалисты из санкт-петербургских вузов — Университета ИТМО и Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ), а также Городского университета Гонконга.

Результаты исследования команда представила в статье «Легирование 0D и 2D наноструктур перовскита из галогенида свинца с помощью анионов Yb³⁺ и Mn²⁺, опубликованной в Journal of Materials Chemistry. Статья особо отмечена редакционной коллегией журнала и размещена в разделе Hot papers.

Нанокристаллы перовскита, состоящие из ионов цезия, свинца и галогенов, таких как хлор, бром и йод, широко используются при производстве светодиодов и лазеров, так как они способны, поглощая ультрафиолетовое излучение, переизлучать его в виде света с определенной длиной волны.

При этом цвет и интенсивность свечения перовскитов можно контролировать, вводя в структуру кристаллов атомы различных веществ. Так, при добавлении иттербия (Yb) можно получить интенсивное излучение в инфракрасном диапазоне, что расширяет область возможных применений таких материалов.

Трудности подобной модификации перовскита заключаются в том, что легирование обычно требует высоких температур, которые могут нарушить его кристаллическую структуру, особенно в случае наноструктуры с толщиной в несколько нанометров (нанопластины). Такое нарушение снижает оптические свойства материала и, соответственно, область его применения.

Команде ученых удалось выполнить легирование нанокристаллов перовскита ионами иттербия при комнатной температуре. Для этого они синтезировали наноструктуры перовскита, после чего добавляли к ним раствор с ионами иттербия. Иттербий встраивался в структуру перовскита, который теперь при облучении испускал инфракрасное излучение.

Точной настройки оптических свойств создаваемых образцов ученые добились изменением количества добавляемых прекурсоров — интенсивность свечения возрастала с увеличением количества иттербия в растворе.

При этом форма и кристаллическая структура нанокристаллов сохранялась и после обработки, что исследователи доказали, используя методы электронной микроскопии и рентгеновского анализа.

На следующем этапе исследований ученые использовали свой подход для экспериментов с другими ионами. Они обработали нанопластины перовскитов прекурсорами с ионами марганца и получили образцы с люминесценцией в красной области спектра.

На заключительном этапе исследователи применили добавку в легирующий раствор сразу двух прекурсоров — растворов с ионами иттербия и марганца. Совместное легирование привело к созданию образцов, излучающих в трех различных диапазонах спектра.

Регулированием соотношения добавляемых прекурсоров они добились контроля степени обработки нанокристаллов и возможности таким образом настраивать их оптические свойства.

«Мы планируем продолжать заниматься изучением наноструктур перовскита, легированных различными ионами, для использования их в фотонике и оптоэлектронике. В целом создание прототипов устройств с использованием полученных нами материалов будет логичным развитием данного направления исследований», — рассказал о дальнейших планах научной команды сотрудник лаборатории «Оптика квантовых наноструктур» Университета ИТМО Данила Татаринов.