Des chercheurs australiens ont trouvé un moyen de manipuler la lumière laser à une fraction du coût de la technologie actuelle.

La découverte, Publié dans Sciences avancées , pourrait aider à réduire les coûts dans des secteurs aussi divers que les télécommunications, diagnostic médical et optoélectronique grand public.

L'équipe de recherche, dirigé par le Dr Girish Lakhwani du Nano Institute et School of Chemistry de l'Université de Sydney, a utilisé des cristaux bon marché, connu sous le nom de pérovskites, faire des rotateurs de Faraday. Ceux-ci manipulent la lumière dans une gamme d'appareils dans l'industrie et la science en modifiant une propriété fondamentale de la lumière :sa polarisation. Cela donne aux scientifiques et aux ingénieurs la capacité de stabiliser, bloquer ou orienter la lumière à la demande.

Les rotateurs de Faraday sont utilisés à la source du haut débit et d'autres technologies de communication, bloquant la lumière réfléchie qui déstabiliserait autrement les lasers et les amplificateurs. Ils sont également utilisés dans les commutateurs optiques et les capteurs à fibre optique.

Le Dr Lakhwani a déclaré :« Le marché mondial des commutateurs optiques à lui seul vaut plus de 4,5 milliards de dollars et est en croissance. Le principal avantage concurrentiel des pérovskites par rapport aux isolateurs Faraday actuels est le faible coût du matériel et la facilité de traitement qui permettrait une évolutivité. ."

À ce jour, la norme de l'industrie pour les rotateurs de Faraday a été les grenats à base de terbium. Le Dr Lakhwani et ses collègues de l'Australian Research Centre of Excellence in Exciton Science ont utilisé des pérovskites aux halogénures de plomb, ce qui pourrait s'avérer une alternative moins coûteuse.

Le Dr Lakhwani a déclaré :« Le développement et l'adoption de notre technologie pourraient être facilités par l'excellent positionnement de l'Australie dans la région Asie-Pacifique, qui croît rapidement en raison de l'augmentation des investissements dans son infrastructure de communication à haut débit. »

Adaptation des pérovskites

Les pérovskites aux halogénures de plomb utilisées par le groupe Lakhwani sont une classe de matériaux qui gagnent en popularité dans la communauté scientifique, grâce à une combinaison d'excellentes propriétés optiques et de faibles coûts de production.

"L'intérêt pour les pérovskites a vraiment commencé avec les cellules solaires, " a déclaré le Dr Randy Sabatini, un chercheur postdoctoral qui dirige le projet dans le groupe Lakhwani.

« Elles sont efficaces et bien moins chères que les cellules silicium traditionnelles, qui sont fabriqués selon un procédé coûteux connu sous le nom de méthode Czochralski ou Cz. Maintenant, nous examinons une autre application, rotation de Faraday, où les étalons commerciaux sont également réalisés selon la méthode Cz. Tout comme dans les cellules solaires, il semble que les pérovskites pourraient également être en mesure de concourir ici."

Dans ce document, l'équipe montre que les performances des pérovskites peuvent rivaliser avec celles des normes commerciales pour certaines couleurs dans le spectre visible.

La collaboration est la clé

"Dans le cadre du Centre d'Excellence ARC en Science Exciton (ACEx), nous avons bénéficié de l'échange d'idées à travers ce centre de haut calibre, " a déclaré le Dr Lakhwani. Les collaborateurs comprenaient les groupes ACEx du professeur Udo Bach à l'Université Monash et du Dr Asaph Widmer-Cooper à Sydney, ainsi que le groupe du professeur Anita Ho-Baillie à l'UNSW. Le professeur Ho-Baillie a depuis rejoint l'Université de Sydney en tant que première chaire John Hooke de nanoscience.

« Nous étudions la rotation de Faraday depuis un certain temps, " a déclaré le Dr Lakhwani. " Il est très difficile de trouver des matériaux traités en solution qui font tourner efficacement la polarisation de la lumière. Sur la base de leur structure, nous espérions que les pérovskites seraient bonnes, mais ils ont vraiment dépassé nos attentes."

Regarder vers l'avant, la recherche d'autres matériaux pérovskites doit être facilitée par la modélisation.

"Pour la plupart des matériaux, la théorie classique utilisée pour prédire la rotation de Faraday fonctionne très mal, " a déclaré le Dr Stefano Bernardi, chercheur postdoctoral dans le groupe Widmer-Cooper à l'Université de Sydney. "Toutefois, pour les pérovskites l'accord est étonnamment bon, nous espérons donc que cela nous permettra de créer des cristaux encore meilleurs."

L'équipe a également effectué des simulations thermiques pour comprendre comment un appareil réel fonctionnerait. Cependant, il reste encore du travail à faire pour faire de l'application commerciale une réalité.

« Nous prévoyons de continuer à améliorer la transparence des cristaux et la reproductibilité de la croissance, " dit Chwenhaw Liao, de l'UNSW. "Toutefois, nous sommes très satisfaits des premiers progrès et optimistes pour l'avenir."