Ein Forschungsteam der Monash University hat einen Fortschritt im Bereich der Lasermaterialien erzielt. Ein neuartiger, geordneter Perowskit-„Superkristall“ wurde entwickelt, der das Potenzial hat, die Gesamtleistung zukünftiger Laser in Bezug auf Geschwindigkeit, Größe und Energieeffizienz voranzutreiben. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Laser & Photonics Reviews“ veröffentlicht.
Der korrespondierende Autor, Professor Jacek Jasieniak vom Department für Materialwissenschaft und -technik der Monash University, hob die Bedeutung dieser Technologie für die Entwicklung effizienter optischer Bauteile hervor: „Das Spannende ist, dass wir nicht das Material selbst verändert haben, sondern die Art und Weise, wie es organisiert ist. Durch die Anordnung von Nanokristallen zu geordneten Superkristallen können die verschiedenen durch Lichtanregung erzeugten Energieniveaus zusammenarbeiten, anstatt miteinander zu konkurrieren, was zu einer effizienteren Lichtverstärkung führt.“ Diese strukturelle Veränderung bewirkt, dass winzige Energiepakete im Material – sogenannte Exzitonen – synergetisch wirken und so den ineffizienten Modus ersetzen, bei dem sie in herkömmlichen Materialien unabhängig voneinander arbeiten. Dies führt zu einer verbesserten Effizienz der Lichtverstärkung.
Dr. Manoj Sharma, der die experimentelle Arbeit leitete, erläuterte den Mechanismus weiter: „Durch die Anordnung von Nanokristallen zu hochgradig geordneten Superkristallen haben wir gezeigt, dass der optische Gewinn nicht mehr durch ineffiziente und energieverlustanfällige Einzelteilchen-Doppelexzitonen begrenzt ist, sondern aus kollektiven Exziton-Wechselwirkungen in der gesamten Struktur resultiert.“ Diese Forschung demonstriert, dass durch die präzise Kontrolle der räumlichen Anordnung von Nanokristallen die optischen Eigenschaften eines Materials optimiert werden können, ohne dessen grundlegende chemische Zusammensetzung zu ändern.
In den letzten Jahren haben Perowskit-Materialien aufgrund ihrer einfachen Herstellung und einstellbaren Eigenschaften Aufmerksamkeit im Bereich der optoelektronischen Bauteile erregt. Diese Studie erweitert das Anwendungspotenzial dieser Materialien auf den Bereich der Hochleistungslaser. Die Forscher sind der Ansicht, dass dieses neuartige Material, das auf einem geordneten Superkristall-Design basiert, Anwendung in Geräten finden könnte, die in Kommunikations-, Sensor- und Rechensystemen auf Lichtsignale angewiesen sind, wie z. B. Sensoren für autonome Fahrzeuge, medizinische Bildgebungsgeräte und andere optoelektronische Vorrichtungen. Diese Arbeit zeigt, dass die Optimierung von Materialeigenschaften durch Strukturtechnik neue Möglichkeiten für die praktische Anwendung zukünftiger optischer Technologien eröffnen kann.
Weitere Informationen: Autoren: Junhong Yu et al., Titel: „Synergistic Exciton Interactions Enable Superior Optical Gain in Perovskite Superlattices“, veröffentlicht in: Laser & Photonics Reviews (2026).
