Pesquisadores da Universidade da Califórnia, em Davis, identificaram uma propriedade surpreendente em uma classe de materiais conhecida como perovskitas que poderia abrir caminho para uma nova geração de dispositivos semicondutores controlados por luz. Suas descobertas, publicadas em 3 de março Materiais avançadosMostre que os cristais haleto de perovskita podem mudar de forma quando expostos à luz e depois retornar à sua forma original.
As perovskitas são um tipo de semicondutor, mas se comportam de maneira muito diferente dos materiais tradicionais como o silício e o arsenieto de gálio. Eles podem ser feitos de uma mistura de materiais orgânicos e inorgânicos e geralmente são mais baratos de produzir. Estas diferenças tornam-nos particularmente atraentes para as tecnologias da próxima geração.
“Estes são ‘materiais inteligentes’ que podem ser ajustados de uma forma que possamos controlar em resposta a um estímulo”, 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 pode ser útil para fabricar dispositivos que não conseguimos fabricar antes.”
Todas as perovskitas compartilham uma estrutura comum conhecida como ABX3. No nível atômico, pode ser visualizado como um átomo central composto por seis átomos rodeados por um octaedro (duas pirâmides unidas na base), encerrado em um cubo com átomos em cada canto. Devido a esta estrutura, as perovskitas já foram extensivamente estudadas para uso em optoeletrônica e células solares avançadas.
A luz desencadeia mudanças cristalinas rápidas e reversíveis
Para investigar como esses materiais respondem à luz, a estudante Mansha Dubey direcionou a luz do laser para cristais de perovskita e observou como sua estrutura atômica mudou usando medições de raios X. Os cristais foram feitos pelos colegas Bekir Turedi, Andriy Kanak e pelo professor Maksim Kovalenko na ETH Zurique, na Suíça.
Experimentos revelaram que o brilho da luz nos cristais faz com que suas redes internas se desloquem rapidamente. Quando a luz é removida, a estrutura retorna à sua configuração original. Este ciclo pode ser repetido muitas vezes.
“Há uma mudança dramática na rede quando você ilumina ela, um fenômeno único que você não vê com silício ou arsenieto de gálio”, disse Leighty. Este efeito de fotostrição é reversível e pode ser repetido indefinidamente, disse ele.
A resposta ajustável depende da iluminação e da composição
Um dos aspectos mais promissores das perovskitas é a sua flexibilidade. Ao ajustar a sua composição química, os cientistas podem controlar o comprimento de onda da luz que os cristais absorvem e emitem, uma propriedade conhecida como bandgap. Diferentes composições respondem de maneira diferente à luz, especialmente em frequências acima do bandgap.
Os pesquisadores também descobriram que a força da mudança de forma pode ser ajustada. Tanto a cor quanto a intensidade da luz afetam a intensidade com que o 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 ele.
Rumo a dispositivos controlados por luz e novas tecnologias
Essa capacidade de controlar com precisão como um material muda de forma usando a luz pode levar a novos tipos de dispositivos. Leit sugere que as perovskitas poderiam ser usadas em sensores ou atuadores que são ativados ou ajustados pela luz em vez da eletricidade.
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, bem como 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.
