Pesquisadores da Universidade da Califórnia, em Davis, identificaram uma propriedade surpreendente em uma classe de materiais conhecidos como perovskitas que poderia abrir caminho para uma nova geração de dispositivos semicondutores controlados por luz. Seus resultados, publicados em 3 de março em Materiais adicionaismostram 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 a partir de uma mistura de componentes orgânicos e inorgânicos e geralmente são mais baratos de fabricar. Estas diferenças tornam-nos particularmente atraentes para as tecnologias da próxima geração.
“São ‘materiais inteligentes’ que podem ser ajustados para responder a um estímulo de uma forma que possamos controlar”, disse Marina Leith, professora de ciência dos materiais na UC Davis e autora sênior do artigo. “Sua composição química é muito diferente, o que pode ser útil para criar dispositivos que não podíamos criar antes”.
Todas as perovskitas têm uma estrutura comum conhecida como ABX3. No nível atômico, isso pode ser visualizado como um átomo central rodeado por um octaedro (duas pirâmides fixadas na base) formado por seis átomos, todos encerrados em um cubo com átomos em cada canto. Devido a esta estrutura, as perovskitas já foram amplamente estudadas para uso em optoeletrônica e células solares avançadas.
A luz causa mudanças rápidas e reversíveis nos cristais
Para investigar como esses materiais respondem à luz, a estudante Mansha Dubi apontou a luz do laser para cristais de perovskita e rastreou como sua estrutura atômica mudou usando medições de raios-X. Os próprios cristais foram produzidos pelos colaboradores Bekir Turedi, Andrei Kanak e pelo professor Maksim Kavalenko da ETH Zürich, Suíça.
Experimentos mostraram que o brilho da luz nos cristais faz com que sua estrutura interna se desloque rapidamente. Quando a luz é apagada, a estrutura retorna ao seu local original. Este ciclo pode ser repetido muitas vezes.
“Há uma mudança dramática na rede quando você ilumina a luz através dela, um fenômeno único que você não vê com silício ou arsenieto de gálio”, disse Leite. Este efeito de fotostrição é reversível e pode ser repetido indefinidamente, disse ela.
A resposta ajustável depende da luz e da composição
Um dos aspectos mais promissores dos Perevskits é a sua flexibilidade. Ao ajustar a sua composição química, os cientistas podem controlar os comprimentos de onda da luz que os cristais absorvem e emitem, uma propriedade conhecida como bandgap. Diferentes composições reagem de maneira diferente à luz, especialmente em frequências acima do intervalo.
Os pesquisadores também descobriram que o poder de mudança de forma pode ser ajustado. Tanto a cor quanto a intensidade da luz afetam a intensidade com que o material reage.
“Não é um efeito liga/desliga binário; pode ser uma resposta escalável, como um interruptor dimmer, dependendo da luz que você incide sobre ele”, disse ela.
Para dispositivos com luz e novas tecnologias
Esta capacidade de controlar com precisão como um material muda de forma com a luz pode levar a novos tipos de dispositivos. Leite sugere que as perovskitas poderiam ser usadas em sensores ou atuadores que são ativados ou regulados pela luz e não pela eletricidade.
A pesquisa foi apoiada pelo programa federal da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa para desenvolver 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.
