Vật liệu pha lê mới - cuộc cách mạng trong lĩnh vực quang điện tử

Công cụ Faraday điều khiển ánh sáng

Nhóm nghiên cứu, dẫn đầu là TS Girish Lakhwani từ Viện Nano và Đại học Hóa học Sydney, đã sử dụng các tinh thể pha lê rẻ tiền, được gọi là perovskites để chế tạo công cụ quay Faraday.

Công cụ quay Faraday điều khiển ánh sáng định hướng trong hàng loạt các thiết bị bằng cách thay đổi một tính chất cơ bản của ánh sáng - tính phân cực. Công cụ này cho phép ổn định, chặn hoặc điều khiển ánh sáng theo yêu cầu thực tế.

Công cụ quay phân cực quang Faraday chống ánh sáng ngược

Sử dụng vật liệu mới perovskites trong chế tạo công cụ quay Faraday

Công cụ quay Faraday được sử dụng tại nguồn truyền dữ liệu cáp quang băng thông rộng và các công nghệ truyền thông khác, ngăn chặn ánh sáng phản xạ làm mất ổn định tia laser và bộ khuếch đại. Công cụ này thường được sử dụng trong những công tắc quang học và cảm biến sợi quang.

Lakhwani cho biết, chỉ riêng thị trường thiết bị chuyển mạch quang điện tử toàn cầu trị giá hơn 4,5 tỷ USD và ngày càng phát triển. Các ưu điểm cạnh tranh chính của vật liệu perovskites có trên các bộ cách ly quang Faraday (diode quang) hiện nay là chi phí vật liệu thấp và dễ xử lý, có khả năng phát triển mở rộng.

Cho đến nay, tiêu chuẩn công nghiệp cho công cụ quay vòng Faraday là những garnet (hồng ngọc), được sản xuất từ terbium. Lakhwani và các đồng nghiệp đã sử dụng vật liệu perovskites halogenua chì, những thí nghiệm cho thấy sự thay thế sẽ khiến giá thành sản phẩm thấp đi nhiều và hiệu quả cao.

Vật liệu perovskites có những tính năng kỹ thuật hoàn hảo

Perovskit là khoáng vật canxi titan oxit thuộc nhóm canxi titanat có công thức hóa học CaTiO₃. Khoáng vật này do Gustav Rose phát hiện năm 1839 ở vùng núi Ural của Nga và được đặt theo tên nhà khoáng vật học người Nga L. A. Perovski. 

Những perovskites halogen chì mà nhóm nghiên cứu Lakhwani sử dụng là loại vật liệu được sử dụng nhiều trong khoa học do vật chất có những đặc tính quang học tuyệt vời và chi phí sản xuất thấp.

TS Randy Sabatini, nhà nghiên cứu khoa học, chủ nhiệm dự án trong nhóm Lakhwani cho biết, các nhà khoa thực sự quan tâm đến perovskites khi thực hiện những cải tiến liên quan đến pin mặt trời.

Trong bản báo cáo khoa học, nhóm nghiên cứu cho thấy hiệu suất hoạt động của perovskites có thể cạnh tranh với các tiêu chuẩn thương mại đối với cả những màu ánh sáng đơn sắc nhất định trong phổ khả kiến.

GS Lakhwani cho biết: “Chúng tôi nghiên cứu sự xoay vòng Faraday trong thời gian dài. Rất khó tìm được những các vật liệu, có thể xử lý bằng một giải pháp tiên tiến để xoay phân cực ánh sáng hiệu quả. Dựa trên cấu trúc của perovskites, chúng tôi đoán sẽ có hiệu quả tốt, nhưng vật liệu thực sự vượt quá mong đợi của chúng tôi”.

Còn theo TS Stefano Bernardi, nghiên cứu sinh tiến sĩ trong nhóm Widmer-Cooper tại Đại học Sydney, trong tương lai, nghiên cứu sử dụng các vật liệu perovskite khác cần được thực hiện bằng phương pháp mô hình hóa. Đối với hầu hết các loại vât liệu, theo lý thuyết cũ được tính trước để thực hiện xoay vòng Faraday hoạt động rất kém. Nhưng đối với perovskites, kết quả dự đoán tốt đến mức đáng ngạc nhiên, chính nhờ những tính toán này, các nhà khoa học hy vọng sẽ tạo ra những tinh thể tốt hơn nhiều.

Nhóm nghiên cứu cũng đã thực hiện các mô phỏng nhiệt để nắm chắc được, một thiết bị thực sự sẽ hoạt động thế nào. Các nhà khoa học cho biết, kế hoạch tiếp theo là cải thiện độ trong suốt của tinh thể và tăng khả năng tái tạo.