Les sources lumineuses et les détecteurs sont des composants clés d'innombrables dispositifs technologiques sur le marché aujourd'hui. Par exemple, les diodes électroluminescentes (DEL) sont souvent utilisées comme source de lumière dans les écrans et autres technologies, tandis que les photodiodes sont utilisées pour détecter la lumière dans les capteurs, outils d'imagerie et de communication par fibre optique.

Les sources lumineuses et les détecteurs existants comprennent deux types distincts de dispositifs avec des fonctions nettement différentes. Développer un dispositif capable à la fois de générer et de détecter la lumière, cependant, pourrait permettre la conception de technologies plus petites et plus intelligentes.

Des chercheurs de l'Université de Linköping en Suède, L'université de Shenzhen et plusieurs autres universités chinoises ont récemment fabriqué une diode efficace capable à la fois d'émettre et de détecter de la lumière. Ce nouvel appareil, présenté dans un article publié dans Nature Électronique , a été construit en utilisant un matériau de pérovskite traité en solution.

"Si nous avions un appareil à double fonction capable d'émettre et de détecter efficacement la lumière, nous pourrions utiliser un seul appareil pour effectuer le travail qui nécessite généralement deux appareils conventionnels, " Feng Gao, chercheur principal de l'étude, a déclaré TechXplore. « Cela pourrait non seulement réduire le coût des appareils, mais aussi faciliter l'intégration de sources lumineuses et de détecteurs dans des puces optoélectroniques."

Dans une étude précédente publiée dans Photonique de la nature , Gao et ses collègues ont identifié un mécanisme connu sous le nom d'« effet de passivation » dans les films de pérovskite, qui sont des matériaux émergents utilisés pour construire des LED. Ils ont ensuite conçu un passivateur efficace (c'est-à-dire, une substance qui peut réparer les défauts du semi-conducteur) et l'a utilisé pour améliorer l'efficacité quantique des LED à pérovskite proche infrarouge à plus de 21%.

« Sur la base de ces travaux antérieurs, nous avons en outre étudié la fonction de détection de la lumière de ces dispositifs et avons constaté qu'ils présentent également des performances de photodétection remarquables, " Chunxiong Bao, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, a déclaré TechXplore. « Dans notre étude récente, nous avons concentré nos efforts sur l'amélioration simultanée des performances d'émission et de détection de lumière des diodes à base de pérovskite, démontrant leur faisabilité en tant que dispositifs efficaces d'émission et de détection de lumière « deux en un ».

Le matériau pérovskite que Gao, Bao et leurs collègues utilisés pour construire leur diode ont plusieurs propriétés photoélectriques uniques. En plus d'une haute efficacité quantique de photoluminescence (PLQE), ce qui est idéal pour le développement de LED hautes performances, le matériau a un coefficient d'absorption élevé, permettant la photodétection.

Le matériau présente également une mobilité élevée des porteurs et peut ainsi être utilisé pour fabriquer des films d'une variété d'épaisseurs. Finalement, les chercheurs ont observé un chevauchement important entre les spectres d'absorption et de photoluminescence de la pérovskite. Cela signifie que le matériau peut également absorber la lumière émise par lui-même.

Combiné, toutes ces propriétés permettent de créer des LED et des photodétecteurs très performants, basé sur la même structure de jonction planaire. En d'autres termes, ces propriétés sont ce qui a finalement permis à Gao, Bao et leurs collègues pour créer un seul appareil capable à la fois d'émettre et de détecter de la lumière.

La diode qu'ils ont développée s'est avérée produire une émission lumineuse avec un rendement quantique externe de plus de 21 % et une limite de détection de la lumière à l'échelle subpicowatt. Il peut également atteindre des vitesses de fonctionnement de dizaines de mégahertz à la fois lors de l'émission et de la détection de la lumière, remarquablement bien sur chaque fonction. De plus, lorsqu'il est utilisé comme détecteur, le dispositif est également sensible à la lumière émise par lui-même.

« Il est très difficile pour les semi-conducteurs conventionnels traités en solution d'utiliser comme dispositif à double fonction haute performance, " expliqua Bao. " Prenez les semi-conducteurs organiques et les points quantiques colloïdaux comme exemples. Les semi-conducteurs organiques présentent toujours un très faible chevauchement entre les spectres d'absorption et de photoluminescence, ils présentent donc une faible absorption à la lumière émise par le même matériau, tandis que les LED à points quantiques colloïdaux sont toujours basées sur un film à points quantiques très mince en raison de la propriété de transport de porteur très faible, donc leur absorption de lumière est très faible."

Les chercheurs sont parmi les premiers à introduire une diode à base de pérovskite pouvant fonctionner simultanément comme dispositif d'émission et de détection de lumière, basculer entre ces fonctions tout en fonctionnant remarquablement bien dans les deux. À l'avenir, l'appareil qu'ils ont développé pourrait être utilisé pour créer des composants électroniques plus petits pouvant être utilisés à la fois comme sources lumineuses et comme détecteurs. Dans leur papier, Gao, Bao et leurs collègues décrivent deux applications possibles pour la diode, montrant comment il peut être utilisé pour construire un capteur cardiaque monolithique et dans les communications optiques bidirectionnelles.

« Nous prévoyons maintenant d'améliorer encore la vitesse de réponse et la durée de vie de l'appareil et d'étudier les performances de détection de la LED pérovskite de lumière visible pour étendre l'application à la plage de lumière visible, " dit Bao.

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