Управление функциями оптоэлектронных устройств позволяет решать сложные задачи в области мониторинга здоровья человека, компактных носимых устройств, робототехники и Интернета вещей. Концепция многофункциональности предполагает, что по ходу работы оптоэлектронного прибора может быть задействовано несколько физических явлений. 

Излучение света (реализуемое с помощью светодиода или лазера) и детектирование света (реализуемое с помощью фотодетектора) — это две важнейшие комплектующие оптоэлектронных систем связи. До сих пор обе функции реализовывались с помощью p–n диода, который используется в широком спектре приложений. Однако из-за конкурирующей динамики инжекции носителей заряда и сбора фотоносителей в таких устройствах, электролюминесценция и фотодетектирование реализуются раздельно путем переключения направления приложенного электрического смещения.

В данной работе наши коллеги продемонстрировали новый оптоэлектронный прибор — электролюминесцентный фотодетектор, то есть устройство, выполняющее две функции одновременно 
— детектирование света и его излучение. 

Работа электролюминесцентного фотодетектора, обеспечивающего одновременную электролюминесценцию и фотодетектирование. а) СЭМ-изображение изготовленного устройства: один микрокристалл CsPbBr3 соединяет два электрода из углеродных нанотрубок на расстоянии ≈5 𝜇м. б) Схема работы устройства: оптическая и электрическая накачка приводят к двойной функциональности прибора. в) Зонная диаграмма устройства при приложенном смещении. Высота барьера для инжекции носителей модулируется одновременно как подвижными ионами Φion, так и фотоносителями Φphoto. Цветами обозначены зонные диаграммы микропровода CsPbBr3 в различных условиях: серый — отсутствие внешних носителей заряда; синий — подвижные ионы накапливаются на границах раздела; красный — на границах раздела накапливаются как мобильные ионы, так и фотоносители.
Скопировано из статьи https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lpor.202300141 [2]

Руководителем и главным автором данного исследования стал аспирант Нового физтеха ИТМО Александр Марунченко:

“Галогенидные перовскиты — материалы со смешанной ионной-электронной проводимостью. Это значит, что в отличие от классических полупроводниковых материалов типа кремния, при приложении электрического поля на типичных для ежедневных применений значений напряжения в несколько вольт, подвижные ионы также дают вклад в проводимость перовскитных устройств. Наш электролюминесцентный фотодетектор состоит из микристралла CsPbBr3, интегрированного с электродами из тонкой пленки одностенных углеродных нанотрубок, обеспечивающих барьеры Шоттки на границах раздела. Двойная функциональность обусловлена ​​модуляцией этих барьеров подвижными ионами вместе с фотогенерированными носителями заряда”— рассказывает Александр.

Данная работа является продолжением цикла работ, посвященному подробному изучению нашими коллегами оптоэлектронных устройств на основе кристаллов CsPbBr3. Ранее наши коллеги продемострировали https://news.itmo.ru/ru/science/photonics/news/12289/ гибкий фотодетектор в подобной латеральной геометрии. При этом исследования еще далеки от завершения.

“Сначала мы показали, очень грубо, что наша технология, [1] основанная на использовании кристаллов CsPbBr3 отлично подходит для гибких оптоэлектронных приборов. Теперь мы понимаем, как ведут себя единичные микрокристаллы перовскита, и можем аккуратно управлять их функциями, зная физические принципы, заложенные в этом материале [2]. Нашей следующей задачей является уйти в пределы экспериментальной установки и попробовать экстремальную накачку кристаллов CsPbBr3 для наблюдения электрически опосредованной лазерной генерации, свойства, никода ранее не наблюдавшегося в материалах со смешанной электронной-ионной проводимостью” — объясняет Александр.

[1] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202109834

[2]  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lpor.202300141

Проект выполнен при поддержке Мегагранта № 075-15-2021-589 Нанолазеры и микролазеры на основе новых наноматериалов и современных оптических архитектур