Το νέο υλικό ηλιακών κυψελών δρα και ως λέιζερ
ΒΟΣΤΟΝΗ— Το πιο καυτό νέο υλικό στην έρευνα των ηλιακών κυττάρων έχει ένα άλλο κόλπο στο μανίκι του. Στη συνάντηση της Εταιρείας Έρευνας Υλικών εδώ, δύο ομάδες ανέφεραν χθες ότι αυτά τα νέα υλικά παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας μπορούν να παράγουν φως λέιζερ. Επειδή τα υλικά - που ονομάζονται περοβσκίτες - είναι φθηνά και εύκολα στην παραγωγή, θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους μηχανικούς να δημιουργήσουν μια μεγάλη ποικιλία φθηνών λέιζερ που λάμπουν μια ποικιλία χρωμάτων για χρήση στην επιτάχυνση των ροών δεδομένων στον κλάδο των τηλεπικοινωνιών.
Τα λέιζερ βρίσκονται εδώ και πολύ καιρό στο επίκεντρο των σύγχρονων τηλεπικοινωνιών, επειδή οι έντονες δέσμες φωτός τους μπορούν να κοπούν για να αντιπροσωπεύουν τα 1 και 0 του ψηφιακού νομίσματος και μπορούν να ταξιδεύουν μέσω οπτικών καλωδίων με ταχύτητα φωτός. Αλλά η κατασκευή νέων λέιζερ μπορεί να είναι μια αρκούδα. Οι ερευνητές πρέπει να βρουν υλικά που, όταν τροφοδοτούνται με ηλεκτρόνια, θα παράγουν φως σε ένα μόνο μήκος κύματος. Αυτό συνήθως απαιτεί καλλιέργεια υλικών με σχεδόν τέλεια κρυσταλλική ποιότητα, καθώς τα ελαττώματα συνήθως καταβροχθίζουν τα ηλεκτρικά φορτία, τα φωτόνια του φωτός ή και τα δύο. Η καλλιέργεια τέτοιων υλικών υψηλής ποιότητας απαιτεί συνήθως τη χρήση υψηλών θερμοκρασιών, ακριβού εξοπλισμού και άλλων δαπανηρών βημάτων. Η κατασκευή των καλύτερων υλικών ηλιακών κυψελών απαιτεί εξίσου ακριβές ρυθμίσεις. Οι περοβσκίτες έχουν ξεσπάσει στην ηλιακή σκηνή τα τελευταία δύο χρόνια, επειδή αποδεικνύεται ότι σχηματίζουν σχεδόν τέλειες πολύπλοκες κρυσταλλικές δομές με απλή εναπόθεσή τους από έτοιμα διαλύματα σε χαμηλές θερμοκρασίες. Ήταν όμως αρκετά καλοί για να κάνουν λέιζερ, μια ακόμα πιο απαιτητική εφαρμογή;
Στη συνάντηση δύο ομάδες ανέφεραν ότι, μάλιστα, είναι. Η πρώτη, με επικεφαλής τον Έντουαρντ Σάρτζεντ, έναν ηλεκτρολόγο μηχανικό στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο στον Καναδά, ξεκίνησε απλά ανατινάζοντας ένα φιλμ περοβσκίτη με μια δέσμη υπεριώδους φωτός. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι το φως αναδύθηκε ξανά από το φιλμ σε ένα στενό εύρος συχνοτήτων στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος. Αυτό ήταν ένας υπαινιγμός ότι οι περοβσκίτες μπορούσαν να φτιάξουν ένα καλό υλικό λέιζερ. Αλλά δεν ήταν ακόμα λέιζερ. Για να φτιάξουν ένα λέιζερ, οι ερευνητές πρέπει να δημιουργήσουν μια δομή που να αναπηδά το φως εμπρός και πίσω. Στο σωστό υλικό, αυτό το συρόμενο φως διεγείρει έναν καταρράκτη πρόσθετων φωτονίων για να αναδυθούν όλα σε μια ενιαία συχνότητα. Έτσι, ο Sargent και οι συνάδελφοί του δημιούργησαν τους περοβσκίτες τους σε σφαίρες που προτρέπουν το φως να αναπηδήσει γύρω από το εσωτερικό και διαπίστωσαν ότι αναδύθηκε ως υπέρυθρο φως λέιζερ. Εν τω μεταξύ, οι φυσικοί Henry Snaith του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης και ο Richard Friend του Πανεπιστημίου του Cambridge, αμφότεροι στο Ηνωμένο Βασίλειο, ανέφεραν ότι όταν η ομάδα τους έφτιαξε μια μεμβράνη περοβσκίτη ανάμεσα στους καθρέφτες λέιζερ γνωστούς ως ανακλαστήρες Bragg, παρήγαγε επίσης υπέρυθρο λέιζερ φως όταν χτυπηθεί για πρώτη φορά με φως λέιζερ μικρότερου μήκους κύματος.
Οι περοβσκίτες έχουν ακόμη πολύ δρόμο να διανύσουν μέχρι να κατασκευάσουν εμπορικά βιώσιμα λέιζερ, λέει ο Sargent. Για αρχή, οι ερευνητές πρέπει να δείξουν ότι τα υλικά μπορούν να κολλήσουν όταν συνδεθούν σε μια ηλεκτρική πρίζα, αντί όταν χτυπηθούν με άλλη δέσμη φωτός λέιζερ. Ούτε η ομάδα του Sargent ούτε η ομάδα του Snaith το έχουν κάνει ακόμα. Εάν μπορούν, λέει ο Sargent, "θα ήταν πολύ σημαντικό" επειδή οι περοβσκίτες θα μπορούσαν να καλλιεργηθούν σε φτηνές γκοφρέτες πυριτίου, δημιουργώντας έτσι πιθανώς μια νέα κατηγορία φθηνών λέιζερ για τη βιομηχανία των τηλεπικοινωνιών.
Ακόμη και χωρίς αυτό το βήμα, η νέα εργασία υπογραμμίζει πόσο εντυπωσιακοί είναι οι περοβσκίτες για να αναπτυχθεί κάτι τόσο απλό και φθηνό, λέει ο David Ginley, επιστήμονας υλικών στο Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας στο Γκόλντεν του Κολοράντο. "Είναι πραγματικά αξιοσημείωτο το πόσο καλό είναι το υλικό."
