Perovskita

Perovskita tem um novo estado de funcionamento

Investigadores da Universidade McGill descobriram uma nova perspetiva 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 eletrónicos.

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?”.

Pat Kambhampati
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 eletrões 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 comummente associadas aos líquidos.

No centro desta dualidade sólido-líquido há uma rede atómica capaz de se distorcer em resposta à presença de eletrões 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 polarões, acabe por ter um efeito estabilizador sobre o eletrão.

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 eletrões, a pedra no trampolim é um excitador, o emparelhamento de um eletrão 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 um 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 optoelectrónicos tolerantes a defeitos”.

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