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玻璃中的钙钛矿量子点:光信息存储又出“新星”

光学信息存储需要具有长期稳定性、相对低成本、环境影响小、响应速度快、可重写、存储容量大等特点的材料,如金属纳米粒子、石墨烯和稀土发光材料已被报道用于信息存储。

近日,华南理工大学材料科学与工程学院发光材料与器件国家重点实验室董国平教授的团队利用玻璃中形成的钙钛矿量子点作为关键材料和可逆3D激光打印技术实现了光学信息存储。他们的作品发表于《自然-光子学》年。

光学信息存储材料“新星”

董国平认为金属卤素钙钛矿(MHP)在光电器件应用领域有两个特点。首先,与传统半导体相比,MHP最大的优势在于它对缺陷的高容忍度

董国平告诉《中国科学报》,MHP的各种缺陷能级很少在带隙内,所以缺陷对MHP的性能影响很小。多晶钙钛矿薄膜可以在低温下合成,即使它们有一定数量的缺陷,仍然可以用于制备高性能光电器件。

此外,MHP具有很强的光吸收、很长的载流子扩散距离和很高的载流子迁移率,在太阳能电池、发光二极管和光电探测器等光电器件领域有着重要的应用。在这项工作中,我们首次利用飞秒激光在透明玻璃中实现了钙钛矿量子点的可控沉淀和三维图案化。”董国平说。

光擦除,热回收

黄熊健,论文第一作者,华南理工大学材料科学与工程学院博士生,告诉《中国科学报》钙钛矿量子点由于玻璃的保护可以稳定地存在于玻璃中。有趣的是,飞秒激光辐照和热处理可以分别控制玻璃中钙钛矿量子点的发光猝灭和发光恢复。

黄熊健说,这项工作中使用的激光是超短脉冲激光,或飞秒激光。

当超短脉冲激光聚焦在玻璃内部时,玻璃可以通过非线性吸收超短脉冲激光的能量,使激光焦点处的温度瞬间上升到几百甚至几千度。局部瞬时高温可使激光焦点处的原子移动并聚集形成晶核。在随后的低温热处理过程中,这些晶核可以作为籽晶在加热场的驱动下生长形成钙钛矿量子点,此时可以“记录”信息。

由于钙钛矿量子点的光稳定性差,当钙钛矿量子点再次被超短脉冲激光照射时,钙钛矿量子点的结构将被破坏,并产生大量缺陷,最终导致其发光猝灭,记录的信息将被“擦除”。

再次低温热处理后,钙钛矿量子点的结构和缺陷可以在热场的驱动下得到修复,从而重新发光,从而可以“还原”信息。

黄熊健说钙钛矿量子点作为光学信息存储材料有许多优点。例如,通过使用高发光量子效率,可以容易地获得具有高信噪比的光信号。钙钛矿量子点的可逆发光可以实现信息的重复写入。然而,3D激光打印可以实现3D信息存储并提高信息存储容量。

”因为信息存储在玻璃内部,这种信息存储方法具有良好的稳定性。同时,利用钙钛矿量子点只能在一定波长的激发下发光的特性,可以对信息进行加密。”黄熊健说道。

改善应用和环境保护需要时间。这项研究对于提高钙钛矿材料和器件的光学稳定性,恢复钙钛矿材料和器件的性能具有重要意义。”董国平说,“同时,我们工作中使用的3D激光印刷技术也为其他易受光和热影响的材料提供了3D图案化和可逆性能的可能性。“

董国平认为,在这种玻璃体系中形成的钙钛矿量子点可以通过激光irr实现多次可逆发光循环

“在环境保护方面,钙钛矿量子点含有铅。虽然它们比镉基量子点毒性小,但仍有一定的毒性。然而,我们使用玻璃固定和分离钙钛矿量子点,这可以在一定程度上减少铅污染。我们还将开发无铅钙钛矿量子点玻璃,以减少和消除铅的含量。”董国平说。

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