Optisk sändare och mottagare i ett

Chunxiong Bao, postdoktor vid Linköpings universitet, skriver en mening på datorskärmen och samma mening dyker genast upp på skärmen intill, texten har överförts optiskt från en diod till en annan. Dioden är tillverkad i perovskit, en stor familj av material som definieras av sin speciella kristallstruktur.

Chunxiong Bao och Feng Gao Foto Thor BalkhedPerovskiter som består av metall och en halogen har visat sig vara mångsidiga halvledare som också är enkla och billiga att tillverka. De har också den goda egenskapen att de både detekterar och släpper ifrån sig ljus. Forskare vid Linköpings universitet har nu tillsammans med kollegor i Kina tagit fram en diod som kan riktas åt två håll: den kan ta emot optiska signaler, lika väl som att sända dem. Med hjälp av två identiska enheter kan därför text och bild skickas trådlöst och så snabbt att vi uppfattar det som realtid, från den ena enheten till den andra och tillbaka igen.

Tidigare resultat

Hösten 2018 hade Chunxiong Bao hittat det rätta perovskit-materialet för att bygga en fotodetektor med både hög effektivitet och livslängd och en artikel publicerades i Advanced Materials. Även utvecklingen av lysdioder i perovskitmaterial har gått snabbt. Weidong Xu, postdoktor vid LiU utvecklade förra året en lysdiod med en effektivitet på 21 procent, vilket är bland de  bästa i världen. Resultatet publicerades i Nature Photonics. I ett nästa steg har nu forskarna tagit fram en perovskit, som ger både en lysdiod med hög effektivitet och en utmärkt fotodetektor - samtidigt.

All optisk kommunikation kräver snabba och pålitliga fotodetektorer för att fungera, material som fångar upp ljuset och omvandlar det till en elektrisk signal. I dagens optiska kommunikationssystem används fotodetektorer i material som kisel och Indium-gallium-arsenid. Men de är dyra och kan inte heller användas i applikationer där det krävs låg vikt, böjbara former eller stora ytor.

Chunxiong Bao Foto Magnus Johansson– För att visa vilken potential vår diod med dubbla funktioner har så har vi skapat dels en sensor som detekterar hjärtslag i realtid och dels ett optiskt och dubbelriktat kommunikationssystem, säger Chunxiong Bao, forskare vid avdelningen Biomolekylär och organisk elektronik.

Unika möjligheter

En liten enhet som både kan ta emot och sända optiska signaler ger en unik möjlighet att förenkla och förminska funktioner i dagens optiska system, speciellt som den också kan integreras med traditionell elektronik.

– Vi har lyckats integrera optisk signalering och mottagning i en och samma krets, något som
gör det möjligt att skicka optiskt signaler åt båda hållen mellan två identiska kretsar. Det här är värdefullt inom miniatyriserad och integrerad optoelektronik, säger Feng Gao, professor och forskningsledare vid avdelningen Biomolekylär och organisk elektronik.

Resultatet är publicerat i Nature Electronics.

Bidirectional optical signal transmission between two identical devices using perovskite diodes, Chunxiong Bao, Weidong Xu, Jie Yang, Sai Bai, Pengpeng Teng, Ying Yan, Jianpu Wang, Ni Zhao, Wenjing Zhang, Wei Huang, Feng Gao, Nature Electronics 2020,  DOI 10.1038/s41928-020-0382-3
Chunxiong Bao i laboratoriet med dioden som kan riktas åt två håll.  Foto Magnus Johansson