Как превратить секло в умную поверхность?
Инновационным решением исследователей является тонкая пленка на основе галогенидных перовскитов, полупроводниковых материалов с необычайными оптическими и электронными свойствами. Эти пленки доступны для производства, они используются для создания светодиодов и солнечных батарей с коэффициентами эффективности, превышающими традиционные технологии. Используемые в проекте перовскиты способны пропускать около половины света, выделяемого человеческим глазом. Однако они отражают слишком много света, что негативно влияет на их прозрачность.
«Пленки из перовскита успешно внедряются в производство светодиодов. Мы хотим использовать эти пленки для создания поверхностей, которые потенциально могли бы использоваться в AR-экранах». Они должны быть достаточно прозрачными, чтобы пользователям было удобно смотреть сквозь них». В то же время они должны излучать свет, чтобы на экране отображалась необходимая информация», — объясняет Сергей Макаров, ведущий научный сотрудник физико-технического факультета ИТМО.
Первоначально у перовскитовых пленок коэффициент отражения составляет 30%, то есть они не пропускают около трети входящего в них света. Исследователи физико-технического факультета ИТМО вместе со своими коллегами из Санкт-Петербургского национального исследовательского академического университета РАН создали поверхность, которая пропускает как можно больше света, практически не отражая его. Также было важно сохранить полезные свойства пленки, чтобы пользователи, глядя сквозь нее, не чувствовали, что перед их глазами стоит барьер.
Чтобы снизить коэффициент отражения, исследователи должны были модифицировать пленки и превратить их в мета-поверхность. Им пришлось удалить слой перовскита с пленки, чтобы протравить на ней определенный рисунок наночастиц. Таким образом, поверхность по-разному взаимодействует со светом. Узор был создан с нанометровой точностью с помощью ионной нанолитографии.
«Когда наши коллеги применили эти методы для создания наноструктур, они заметили, что обнаженные участки мета-поверхностей темнеют и выгорают. Несмотря на то, что осталось много материала, он не светился под действием ультрафиолетового излучения. Для решения этой проблемы на поверхность перовскита был нанесен пар спиртового раствора соли, что позволило быстро восстановить свойства материала. Например, мы увеличили его люминесценцию и понизили коэффициент отражения с помощью этого метода», — объясняет аспирант физико-технического факультета Татьяна Лященко.
По словам Ксении Барышниковой, первого автора статьи, исследователям удалось определить геометрические параметры, при которых наночастицы перовскита могут взаимодействовать со светом в широком диапазоне солнечного спектра.
«Таким образом, большая часть энергии следует за направлением света. Остальная ее часть поглощается перовскитом и преобразуется в фотолюминесценцию. В результате мы получаем высокопрозрачную антибликовую мета-поверхность с активными свойствами. Сейчас мы планируем реализовать наше решение в оптоэлектронных приборах», — заключает Барышникова.