Các nhà khoa học tại Úc mới đây đã tìm ra cách điều khiển tia laser với chi phí vô cùng nhỏ so với các công nghệ hiện hành.

Phát hiện mới: Perovskite có thể là một giải pháp thay thế giá rẻ cho bộ quay Faraday.

Phát hiện này đã được đăng tải trên tờ Advanced Sciene, có khả năng giúp giảm đáng kể chi phí trong vô số ngành công nghiệp như viễn thông, chẩn đoán y tế, quang điện tử,…

Nghiên cứu được thực hiện dưới sự chỉ đạo của Tiến sỹ Girish Lakhwani từ Viện Nano và Hóa học, thuộc Đại học Sydney. Trong đó, đội ngũ nghiên cứu đã sử dụng perovskite, một loại quặng giá rẻ, để chế tạo bộ quay Faraday. Thiết bị này thường được sử dụng để điều khiển ánh sáng trong rất nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực khoa học khác nhau, thông qua điều chỉnh một đặc tính cơ bản của ánh sáng – sự phân cực. Như vậy, các nhà khoa học và kỹ sư sẽ có thể ổn định, chặn, hoặc điều khiển ánh sáng như mong muốn.

Các bộ xoay Faraday thường được dùng ở nguồn băng thông và một số công nghệ liên lạc khác, nhằm chặn các phản chiếu ánh sáng có thể gây bất ổn ở tia laser và bộ khuếch đại tín hiệu. Ngoài ra, bộ xoay này cũng được sử dụng trong switch quang học và cảm biến sợi quang.

Chỉ mình thị trường switch quang học trên toàn cầu là đã đạt giá trị 4,5 tỷ USD và còn tiếp tục tăng trưởng,” Lahkwani chia sẻ. “Lợi thế của perovskite so với bộ xoay Faraday là chất liệu của chúng rẻ hơn, dễ xử lý hơn, từ đó dễ sử dụng trên quy mô lớn hơn.”

Tính tới nay, bộ xoay Faraday tiêu chuẩn thường được làm từ đá garnet chứa terbi. Còn ở công trình của Lakhawani và đồng nghiệp tại ARC (Australian Research Centre of Excellence in Exciton Science), thì chúng lại được sản xuất bằng perovskite chứa hợp chất halogen của chì (lead-hilde) – một giải pháp đỡ tốn kém hơn rất nhiều.

“Việc phát triển và tiếp thu công nghệ của chúng tôi càng được hỗ trợ bởi vị trí đắc địa của Úc trong khu vực Châu Á – Thái Bình Dương – một khu vực liên tục phát triển nhờ vào sự gia tăng đầu tư liên tục vào cơ sở hạ tầng cho công nghệ liên lạc tốc độ cao,” Lakhwani bày tỏ.

Giúp perovskite thích ứng

Nguồn ảnh: Randy Sabatini/Đại học Sydney

Peroskite chì-hilde được sử dụng bởi đội ngũ của Lakhwani là một nhóm vật liệu đang dần phổ biến hơn trong cộng đồng khoa học, nhờ vào các đặc tính quang học ưu việt cùng với chi phí sản xuất thấp.

Hứng thú với perovskite vốn bắt đầu từ pin năng lượng mặt trời,” Tiến sỹ Randy Sabatini, một trong những người chỉ đạo dự án của Laklhwani chia sẻ.

Chúng có hiệu quả mà lại rẻ hơn so với các pin silicon thông thường – thứ được sản xuất qua một quy trình đắt đỏ gọi là phương thức Czochralski (phương thức Cz). Còn ở đây chúng tôi lại đang tìm hiểu về một ứng dụng khác của phương thức Cz – bộ quay Faraday. Và giống như trong pin mặt trời, perovskite cũng có thể cạnh tranh ở mảng ứng dụng này.”

Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng, hiệu quả của perovskite là tương đương với tiêu chuẩn thương mại của một số màu trong khoảng quang phổ thấy được.

Hợp tác là chìa khóa

“Là một phần của Trung tâm ACEx, (ARC Centre of Excellence in Exciton Science), chúng tôi được hưởng lời từ việc trao đổi ý kiến thông qua trung tâm cấp cao này,” Lakhwani nói. Hợp tác với trung tâm bao gồm nhóm ACEx gồm Giáo sư Udo Back tới từ Đại học Monash và Tiến sỹ Asaph Wilder-Cooper tại Sydney, cũng như nhóm của Giáo sư Anita Ho-Baillie tại UNSW. Giáo sư Ho-Baillie sau đó cũng đã gia nhập Đại học Sydney với cương vị Chủ tọa John Hooke về Khoa học Nano đầu tiên.

“Chúng tôi đã nghiên cứu vòng xoay Faraday được khá lâu rồi,” Lakhwani nói. “Rất khó để tìm ra các vật liệu có thể quay phân cực ánh sáng một các có hiệu quả. Dựa vào cấu trúc của chúng, chúng tôi đã hy vọng đôi chút vào perovskite và kết quả thật sự đã vượt ngoài mong đợi.”

Trong tương lai, họ cũng đồng quan điểm rằng sẽ sử dụng công nghệ mô hình hóa để tìm ra các chất liệu perovskite khác.

Với đa số chất liệu, lý thuyết truyền thống dùng để dự đoán vòng xoay Faraday cho kết quả rất tệ,” Tiến sỹ Stefano Bernardi, một nghiên cứu sinh thuộc Widmer-Cooper, Đại học Sydney giải thích. “Tuy nhiên, perovskite lại cho kết quả tốt đáng kinh ngạc, và chúng tôi hi vọng rằng điều này sẽ giúp tạo ra càng nhiều chất liệu tốt hơn.”

Đội ngũ nghiên cứu cũng đã thử mô phỏng nhiệt để hiểu được cách vận hành của một thiết bị thật. Tuy nhiên, còn cần nghiên cứu thêm trước khi việc ứng dụng thương mại có thể thành hiện thực.

Chúng tôi mong muốn tiếp tục cải thiện độ trong của chất liệu, cũng như khả năng sản xuất. Tuy nhiên, kết quả bây giờ đã là rất đáng mừng, và sẽ phát triển tích cực trong tương lai,” Chwenhaw Liao, từ UNSW, nói.

Theo Advanced Science News

Tin liên quan: