Durch LED-Geräte könnte das Internet schon bald Haushalte und Büros schneller erreichen

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Während die Forschung bei der Optimierung von Leuchtdioden (LEDs) erhebliche Fortschritte gemacht hat, bleiben die Modulationseigenschaften von Perowskit-LEDs unklar.

In jüngsten Entwicklungen haben Wissenschaftler eine neue Möglichkeit entdeckt, Daten mithilfe von LEDs schnell zu übertragen. Dies könnte es Haushalten und Büros ermöglichen, das schnelle Internet über Lichter zu nutzen, anstatt einen WLAN-Router einzurichten.

Dr. Wei Zhang, Hauptautor der Studie und außerordentlicher Professor am Advanced Technology Institute der University of Surrey, erklärte:

„Auf diesem Markt haben Kosten und Kompatibilität häufig Vorrang vor der Datenübertragungsgeschwindigkeit, und Wissenschaftler suchen nach alternativen Möglichkeiten, den Energieverbrauch pro Bit zu senken und die Kompaktheit zu verbessern und gleichzeitig an der Verbesserung der Geschwindigkeit der Datenverbindung zu arbeiten.“

Bei der Erforschung, wie mithilfe von Metallhalogenid-Perowskiten Hochgeschwindigkeits-Photonenquellen freigesetzt werden können, stellten Wissenschaftler fest, dass die Halbleiter bei Integration mit LEDs hervorragende optoelektronische Eigenschaften und kostengünstige Verarbeitungsmethoden aufwiesen.

Forscher wandten eine ganzheitliche Methode an, um zu verstehen, wie man aus einem Material namens „Perowskit“ auf Silizium schnelle Lichtquellen herstellen kann.

Dies erreichten sie durch die Veränderung spezifischer Moleküle (Alkylammonium-Kationen) innerhalb des Perowskit-Materials. Diese Entdeckung könnte dazu beitragen, effizientere und robustere lichtemittierende Technologien zu entwickeln.

In der Studie heißt es: „Wir enthüllen das Rekombinationsverhalten geladener Spezies bei verschiedenen Trägerdichtebereichen, die für ihre Modulationsleistung relevant sind.“

Wissenschaftler nutzten eine Fabry-Pérot-Mikrokavität auf Silizium, um Perowskit-Geräte mit effizienter Lichtauskopplung zu demonstrieren.

Außerdem erreichten sie erfolgreich Modulationsbandbreiten der Geräte von bis zu 42,6 MHz und Datenraten über 50 Mbit/s, wobei weitere Analysen darauf hindeuten, dass die Bandbreite den Gigahertz-Bereich überschreiten könnte, heißt es in der Studie.

Dr. Zhang sagte in einer Erklärung: „Wir haben einen großen Schritt nach vorne gemacht und gezeigt, wie Metallhalogenid-Perowskite eine kosteneffiziente und leistungsstarke Lösung für die Herstellung von LEDs bieten könnten, die ein enormes Potenzial haben, ihre Bandbreiten in den Gigahertz-Bereich zu steigern.“ Die Erkenntnisse aus dieser Forschung werden zweifellos die Zukunft der Datenkommunikation prägen.“

Ziel der Studie ist es, die Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Perowskit-Fotodetektoren und kontinuierlich wellengepumpten Perowskit-Lasern zu beschleunigen. Dr. Zhang erklärte außerdem, dass die Technologie neue Wege für den Fortschritt optoelektronischer Technologien eröffnen könnte.

Hao Wang, Co-Erstautor an der Universität Cambridge, sagte, dass die Forschung die erste ihrer Art sei, die die Mechanismen hinter der Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Perowskit-LEDs aufkläre.

„Die Möglichkeit, lösungsverarbeitete Perowskit-Emitter auf Siliziumsubstraten herzustellen, ebnet auch den Weg für deren Integration in mikroelektronische Plattformen und bietet neue Möglichkeiten für eine nahtlose Integration und Weiterentwicklung im Bereich der Datenkommunikation“, erklärte Wang.

Die Studie wurde von der University of Surrey und der University of Cambridge durchgeführt und am 20. Juli in der Fachzeitschrift Nature Photonics veröffentlicht.

Abstrakt:

Leuchtdioden (LEDs) sind in der modernen Gesellschaft allgegenwärtig, ihre Anwendungen reichen von Beleuchtung und Displays bis hin zu medizinischer Diagnostik und Datenkommunikation. Metallhalogenid-Perowskite sind aufgrund ihrer hervorragenden optoelektronischen Eigenschaften und ihrer Verarbeitbarkeit in Lösung vielversprechende Materialien für LEDs. Obwohl die Forschung bei der Optimierung ihrer externen Quanteneffizienz erhebliche Fortschritte gemacht hat, bleiben die Modulationseigenschaften von Perowskit-LEDs unklar. Hier berichten wir über einen ganzheitlichen Ansatz zur Realisierung schneller photonischer Perowskit-Quellen auf Silizium basierend auf maßgeschneiderten Alkylammoniumkationen in Perowskit-Systemen. Wir enthüllen das Rekombinationsverhalten geladener Spezies bei verschiedenen Trägerdichtebereichen, die für ihre Modulationsleistung relevant sind. Durch die Integration einer Fabry-Pérot-Mikrokavität auf Silizium demonstrieren wir Perowskit-Bauelemente mit effizienter Lichtauskopplung. Wir erreichen Gerätemodulationsbandbreiten von bis zu 42,6 MHz und Datenraten über 50 Mbit/s, wobei weitere Analysen darauf hindeuten, dass die Bandbreite den Gigahertz-Bereich überschreiten könnte. Die hier entwickelten Prinzipien werden die Entwicklung von Perowskit-Lichtquellen für Datenkommunikationsarchitekturen der nächsten Generation unterstützen. Die Demonstration lösungsverarbeiteter Perowskit-Emitter auf Siliziumsubstraten eröffnet auch die Möglichkeit der Integration mit mikroelektronischen Plattformen.