Pesquisadores da UC Davis descobriram propriedades surpreendentes de uma classe de materiais chamados perovskitas que poderiam abrir caminho para uma nova geração de dispositivos semicondutores controlados por luz. Suas descobertas foram publicadas em 3 de março materiais avançadosmostrando que os cristais haleto de perovskita podem mudar de forma quando expostos à luz e depois retornar à sua forma original.
As perovskitas são semicondutores, mas se comportam de maneira muito diferente dos materiais tradicionais como o silício e o arsenieto de gálio. Eles podem ser feitos a partir de uma mistura de ingredientes orgânicos e inorgânicos e geralmente são mais baratos de produzir. Estas diferenças tornam-nos particularmente atraentes para as tecnologias da próxima geração.
“Eles são ‘materiais inteligentes’ que podem se ajustar em resposta a estímulos de maneiras que podemos controlar”, disse Marina Leite, professora de engenharia de ciência de materiais na UC Davis e autora sênior do artigo. “A química deles é muito diferente, de uma forma que é boa para criar dispositivos que não podíamos fabricar antes.”
Todas as perovskitas possuem uma estrutura comum chamada ABX3. A nível atómico, isto pode ser imaginado como um átomo central rodeado por um octaedro (com duas pirâmides ligadas na base) composto por seis átomos, todos encerrados num cubo com átomos em cada canto. Devido a esta estrutura, as perovskitas têm sido extensivamente estudadas para uso em optoeletrônica e células solares avançadas.
Mudanças cristalinas rápidas e reversíveis induzidas pela luz
Para estudar como estes materiais respondem à luz, a estudante Mansha Dubey direcionou um laser para um cristal de perovskita e usou medições de raios X para monitorar como sua estrutura atômica mudou. Os próprios cristais foram criados em colaboração com os professores Bekir Turedi, Andrii Kanak e Maksym Kovalenko do Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Zurique.
Experimentos mostraram que o brilho da luz em um cristal faz com que sua estrutura interna se mova rapidamente. Quando a luz desaparece, a estrutura retorna ao seu arranjo original. Este ciclo pode ser repetido muitas vezes.
“Quando você ilumina a rede, ela muda drasticamente, o que é um fenômeno único não visto no silício ou no arsenieto de gálio”, disse Wright. Este efeito fotostritivo é reversível e pode ser repetido continuamente, disse ela.
Resposta ajustável dependendo da luz e da composição
Um dos aspectos mais promissores das perovskitas é a sua flexibilidade. Ao ajustar a composição química de um cristal, os cientistas podem controlar os comprimentos de onda da luz que ele absorve e emite, uma propriedade chamada band gap. Diferentes componentes reagem de maneira diferente à luz, especialmente em frequências acima do band gap.
Os pesquisadores também descobriram que a intensidade das mudanças na forma pode ser ajustada. A cor e a intensidade da luz afetam a intensidade com que um material reage.
“Não é um efeito binário liga/desliga; pode ser uma resposta escalonada, como um dimmer, dependendo da luz que você incide sobre ele”, disse ela.
Rumo a equipamentos de controle de luz e novas tecnologias
Esta capacidade de usar a luz para controlar com precisão como os materiais mudam de forma pode levar a novos tipos de dispositivos. Wright sugeriu que as perovskitas poderiam ser usadas em sensores ou atuadores que transmitem luz, em vez de ativá-los ou regulá-los eletricamente.
A pesquisa foi apoiada por um programa federal da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa, focado no desenvolvimento de materiais para dispositivos fotônicos comutáveis, e pela National Science Foundation. A equipe também utilizou o Laboratório de Caracterização e Testes Avançados de Materiais da UC Davis (AMCaT), que foi estabelecido com o apoio da NSF.
