首个单晶金属有机钙钛矿光纤

诸平

Single-Crystal Organometallic Perovskite Optical Fiber. Credit: Dr Lei Su

据英国伦敦玛丽皇后大学（Queen Mary University of London）2022年9月23日报道，该校苏雷博士（Dr Lei Su）领导的一个团队现在已经发明了钙钛矿作为光纤的全新应用，制出了首个单晶金属有机钙钛矿光纤（First single-crystal organometallic perovskite optical fibers，见图示）。

由于钙钛矿在从光传输电荷方面非常高效，因此钙钛矿被称为太阳能电池板和LED显示器的下一代材料。伦敦玛丽皇后大学（Queen Mary University of London）的苏雷博士领导的一个团队，现在已经发明了钙钛矿作为光纤的全新应用。相关研究结果于2022年9月23日已经在《科学进展》（Science Advances）杂志网站发表——Yongfeng Zhou, Michael A. Parkes, Jinshuai Zhang, Yufei Wang, Michael Ruddlesden, Helen H. Fielding, Lei Su.  Single-Crystal Organometallic Perovskite Optical Fibers. Science Advances, 23 Sep 2022, Vol 8, Issue 38. DOI: 10.1126/sciadv.abq8629. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq8629

参与此项研究的除了伦敦玛丽皇后大学的研究人员之外，还有来自英国伦敦大学学院（University College London）的研究人员。

光纤是一种像头发一样细的细线，其中光以超高速传播，比电缆中的电子快100倍。这些微小的光纤传输着我们互联网上的大部分数据。目前，大多数光纤是由玻璃制成的。苏雷博士团队制造的钙钛矿型光纤（perovskite optical fiber）仅由一块钙钛矿晶体组成。光纤的纤芯宽度低至50 μm（相当于人头发丝的大小），并且非常灵活。与多晶体光纤相比，光纤可以弯曲到3.5 mm的半径。

与多晶有机金属钙钛矿相比，单晶有机金属钙钛矿更稳定、更高效、更耐用、缺陷更少。因此，科学家们一直在寻求制造单晶钙钛矿型光纤，从而为光纤带来这种高效率（high efficiency）。

伦敦玛丽皇后大学的光子学高级讲师苏雷博士表示：“单晶钙钛矿光纤可以集成到当前的光纤网络中，以替代该系统中的关键组件，例如更高效的激光和能量转换，提高我们宽带网络的速度和质量。”

苏雷博士的团队通过使用一种新的温度生长方法，能够在液体溶液（运行成本非常低廉）中生长并精确控制单晶有机金属钙钛矿纤维的长度和直径。在此过程中，他们逐渐改变加热位置、线接触和温度，以确保长度的连续增长，同时防止宽度的随机增长。通过这种方法，可以控制纤维的长度，并且可以改变钙钛矿纤维芯（perovskite fiber core）的横截面。

根据他们的预测，由于单晶质量，他们的光纤在几个月内具有良好的稳定性，传输损耗小于0.7 dB/cm，足以制作光学器件。它们具有很大的柔韧性（可以弯曲到3.5 mm的半径），并且比多晶对应物（具有类似长度的多晶MAPbBr₃毫线光电探测器）具有更大的光电流值。

苏雷博士说：“这项技术也可以作为高分辨率探测器用于医学成像（medical imaging）。与最新技术相比，纤维的小直径可以用来捕获更小的像素。因此，这意味着通过使用我们的纤维，我们可以获得微米级的像素，为医生提供更高的分辨率图像，以便更好、更准确地进行诊断。我们还可以将这些纤维用于吸收光线的纺织品中。然后，当我们穿着例如衣服或将这种纤维编织到纺织品中的设备时，它们可以将太阳能（solar energy）转换为电能。因此，我们可以拥有太阳能衣服。”

本研究得到了英国工程和物理科学研究委员会（Engineering and Physical Sciences Research Council: EP/L022559/1；EP/V050311/1；EP/T019182/1；EP/W004399/1）、皇家学会（Royal Society: RG130230；IE161214）以及H2020玛丽·斯库多夫斯卡-居里行动（H2020 Marie Skłodowska-Curie Actions: 790666）的资助。

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

Fiber-optic sensing probe: Quasi-3D plasmonic structures on fiber tips

Abstract

Semiconductors in their optical-fiber forms are desirable. Single-crystal organometallic halide perovskites have attractive optoelectronic properties and therefore are suitable fiber-optic platforms. However, single-crystal organometallic perovskite optical fibers have not been reported before due to the challenge of one-directional single-crystal growth in solution. Here, we report a solution-processed approach to continuously grow single-crystal organometallic perovskite optical fibers with controllable diameters and lengths. For single-crystal MAPbBr₃ (MA = CH₃NH₃⁺) perovskite optical fiber made using our method, it demonstrates low transmission losses (<0.7 dB/cm), mechanical flexibilities (a bending radius down to 3.5 mm), and mechanical deformation–tunable photoluminescence in organometallic perovskites. Moreover, the light confinement provided by our organometallic perovskite optical fibers leads to three-photon absorption (3PA), in contrast with 2PA in bulk single crystals under the same experimental conditions. The single-crystal organometallic perovskite optical fibers have the potential in future optoelectronic applications.