Ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) разработали методику, позволяющую в режиме реального времени наблюдать за процессом формирования и роста нанокристаллов перовскита внутри стеклянной матрицы. Разработка может найти применение в производстве оптоэлектронных компонентов, включая лазерные системы, светодиоды и детекторы излучения.
Галогенидные перовскиты сегодня рассматриваются как один из самых перспективных материалов для оптоэлектроники. Они эффективно работают в солнечных батареях и ярко светятся, что делает их идеальными кандидатами для светодиодов и лазеров. Главный недостаток — нестабильность: на открытом воздухе такие кристаллы быстро разрушаются.
Одним из решений проблемы деградации является инкапсуляция нанокристаллов непосредственно в объеме стекла. Технологический процесс включает добавление бромидов цезия и свинца в шихту при варке стекла с последующим охлаждением и изотермическим отжигом. В ходе отжига внутри стеклообразной матрицы формируются кристаллы CsPbBr3, причем визуальным индикатором процесса служит изменение окраски материала с бесцветной на желтую, что связано с поглощением сине-зеленого участка спектра.
До последнего времени изучение ранних стадий кристаллизации было затруднено: низкая концентрация формирующихся частиц и дифракционная картина аморфного стекла делали рентгеноструктурный анализ малоинформативным. Сотрудники политеха предложили альтернативный подход, основанный на абсорбционной спектроскопии. Вместо анализа дифракции они задействовали экситонный пик поглощения, характерный для нанокристаллов CsPbBr3. Положение этого пика чувствительно к размеру частиц вследствие квантово-размерных эффектов, что позволяет использовать его в качестве маркера.
Проведя последовательные измерения спектров поглощения на разных этапах отжига, авторы работы смогли проследить эволюцию кристаллов с момента их зарождения, когда размеры составляли порядка 7–8 нанометров. Полученные оптические данные в дальнейшем были обработаны с применением классической модели кристаллизации Джонсона — Мела — Аврами — Колмогорова, что позволило рассчитать фундаментальные характеристики процесса образования кристаллов в боросиликатном стекле. Как отмечает руководитель лаборатории Виктор Клинков, этот инструментальный метод дает возможность управлять кинетикой роста в диапазоне от 7 до 12 нанометров, что обеспечивает регулировку люминесцентных свойств материала для нужд оптоэлектроники.
Читайте также: Первые в мире алмазные квантовые процессоры с более чем 100 кубитами созданы в Германии.