Investigadores da
Universidade McGill descobriram uma nova perspectiva de funcionamento da
Perovskita, que é o material semicondutor mais usado na produção de células
solares de elevada eficiência, pois tem um baixo custo e é usado numa grande
variedade de outros dispositivos óticos e eletrônicos.
Foi na última década que a
perovskita chamou à atenção devido à sua capacidade de atuar como semicondutor,
mesmo existindo defeitos na estrutura cristalina do material. É por esse motivo
que a perovskita é um material especial, pois fazer com que a maioria dos
outros semicondutores funcione bem, requer técnicas de produção de mais
elaboradas e dispendiosas.
Patanjali Kambhampati, autor
do estudo partilhado pelo Departamento de Química de McGill, reforçou essa
aptidão da perovskita.
“Historicamente, temos vindo a usar semicondutores a granel, que são cristais perfeitos. Agora, de repente, este cristal brando e imperfeito começa a ser aplicado em semicondutores, desde a energia fotovoltaica à LED. Sendo esse o ponto de partida da investigação: como pode algo defeituoso, ter um funcionamento perfeito”?
Autor do Estudo – Pat Kambhampati.
Funcionamento da perovskita:
pontos quânticos, mas não como os conhecemos.
A Physical Review Research
partilhou um artigo em maio em que os investigadores revelam que um fenómeno
conhecido como confinamento quântico ocorre dentro dos cristais da perovskita a
granel.
Até agora, esse confinamento
quântico tinha sido observado apenas em partículas de uns poucos nanómetros de
tamanho. Quando as partículas são tão pequenas, as suas dimensões físicas
restringem o movimento dos elétrons de modo a dar-lhes propriedades claramente
diferentes às das de maior dimensão do mesmo material, propriedades que podem
ajustar-se, produzindo efeitos úteis como a emissão de luz em cores.
Recorrendo à técnica da
espetroscopia de bomba/sonda de resolução de estado, os investigadores
demonstraram que ocorre um tipo semelhante de confinamento nos cristais de
perovskita de cromo, chumbo e césio a granel.
Por outras palavras, as
experiências levaram à descoberta de um comportamento parecido ao de um ponto
quântico que tem lugar nas partículas de perovskita significativamente maiores
que os pontos quânticos.
O resultado surpreendente
levou à descoberta de um funcionamento inesperado da perovskita
Esta investigação foi baseada
em investigações anteriores que já tinham estabelecido que as perovskitas, além
de parecerem uma partícula sólida à vista, têm certas características mais
comumente associadas aos líquidos.
No centro desta dualidade
sólido-líquido há uma rede atómica capaz de se distorcer em resposta à presença
de elétrons livres. Kambhampati fez a comparação com um trampolim que absorve o
impacto de uma pedra lançada para o seu centro. Assim, como o trampolim
eventualmente parará a pedra, entende-se que a distorção da rede cristalina de
perovskita, seja um fenómeno conhecido como formação de polares, acabe por ter um
efeito estabilizador sobre o elétron.
A analogia do trampolim
sugere uma dissipação gradual de energia consistente com um sistema que passa
de um estado excitado para um estado mais estável, os dados da espetroscopia
bomba/sonda, acabaram por revelar o contrário. Para surpresa de todos os
investigadores, as medições mostraram um aumento geral de energia como
consequência da formação do polarão.
Kambhampati explicou esse fenómeno, “o facto de que a energia se elevou, mostra um novo efeito mecânico quântico, o confinamento quântico como um ponto quântico”, significando que à escala do tamanho dos elétrons, a pedra no trampolim é um excitador, o emparelhamento de um elétron com o espaço que deixa atrás quando está no seu estado excitado.
“O polarão acaba por confinar tudo numa área espacialmente bem definida. Uma das coisas que mostrou o grupo de investigação é que o polarão se mistura com um excitador para formar o que parece ser um ponto quântico. De certo modo, é como ponto quântico liquido, a que damos o nome de gota quântica. Esperamos que a exploração do comportamento destas gotas quânticas nos permita conhecer melhor como desenvolver materiais optoelectrônicos tolerantes a defeitos”. (portal-energia)
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