钙钛矿激光器在超过4亿脉冲下保持性能稳定

在发表于《先进光学材料》的一项研究中，维尔纽斯大学（VU）的研究人员展示了基于钙钛矿的激光结构：在超过4亿个脉冲的测试中，其性能依然保持稳定。这项研究回应了制约钙钛矿实际应用的一大难题：材料不稳定。这类半导体材料本可在下一代光学技术中扮演重要角色，但它们容易退化，长期以来让全球研究者头疼。

一种前景可期的材料

某种意义上，钙钛矿可以拿石墨烯作比。石墨烯和钙钛矿一样，也因潜力在实验室里被研究了好些年，直到产业界真正开始使用它。如今，石墨烯已广泛用于太阳能、电子器件和电池。钙钛矿的潜力可能还更大，但有个大短板：极不稳定，遇湿气很快劣化。

科学家们正设法跨过这些障碍，把钙钛矿的潜力释放出来。其中包括维尔纽斯大学博士生、初级研究员阿卜杜勒·曼南·马吉德和帕特里克·什恰耶夫博士。

什恰耶夫说：“钙钛矿现在很热门，因为用铸膜方法很容易制备。这个方向已经发了不少论文，有些还登在很好的期刊上。我们决定用同样的旋涂法，在氮气气氛中制备自己的钙钛矿，但降低铅含量，用锌替代一部分铅。”

复杂而细致的过程

样品做好后，还得经过充分测试。什恰耶夫为此找来了同事奥古斯塔斯·瓦伊特克维丘斯博士。瓦伊特克维丘斯用高分辨率共聚焦显微镜做实验；这项技术借助光来观察钙钛矿如何向外发射辐射。

瓦伊特克维丘斯解释说：“发射出来的光首先取决于材料的化学性质和组成。这提供了一种衡量环境如何影响钙钛矿的办法。通过这些测试，我们能更清楚地知道降解在何处、何时更快或更慢，哪些位置会退化、哪些不会，等等。换句话说，我们是在检验同事制出的钙钛矿是否真的具备我们预期的性能。”

钙钛矿的化学组成很“娇气”，让测试过程麻烦了不少。这类材料容易从空气中吸湿，然后溶解——水会改变它们的化学性质，让它们达不到预期用途。和这种娇贵材料打交道，得有合适的工具。这次，瓦伊特克维丘斯用的是一套多模式显微镜系统，其中一种模式就是激光扫描。

他说：“激光穿过物镜照到样品上，聚焦到钙钛矿层所在的一个点。这个点大约一根头发丝那么宽。我们的目标，是测量不同样品中钙钛矿的稳定性；这些样品的密度、储存条件等各不相同。这篇论文重点描述不同储存条件下钙钛矿的性能。”

不过，测量本身只是一个更长流程的开头。最难的是弄清数据到底说明了什么。

瓦伊特克维丘斯强调说：“测量时，你只是用手头的设备和软件。但弄清楚到底什么变了、什么没变，才是更有意思的挑战。你要观察、分析、和同事的结果作比较，还要翻文献找答案。这个过程很慢，也很费心费力，”

分析花了好几周，但结果值得这番功夫。钙钛矿样品最终表现出研究人员希望看到的性能。

什恰耶夫说：“借助瓦伊特克维丘斯的共聚焦发光测量，我们发现受激辐射的出现与发光强度、发射波长的改善之间存在关联。后来，我们又用干涉激光烧蚀在钙钛矿上制作了DFB光栅，制得的钙钛矿样品表现出良好的稳定性，发射线也很窄，这正是我们想要的结果。”

钙钛矿研究远未结束。要让它们真正投入全面实际应用，还有很长的路要走。即便如此，维尔纽斯大学的研究人员仍着眼长远，一步步朝最终目标推进：让钙钛矿更广泛地走进工程和现代技术领域。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1002/adom.202501896