Progresul poate avea ca rezultat o electronică mai rapidă și mai ieftină

Din stânga, Pan Adhikari, Lawrence Coleman și Kanishka Kobbekaduwa aliniază laserul ultrarapid în laboratorul UPQD al Departamentului de Fizică și Astronomie. Credit: Universitatea Clemson

Utilizând spectroscopia cu laser într-un experiment de fotofizică, cercetătorii de la Universitatea Clemson au demontat un nou teren care ar putea duce la o energie mai rapidă și mai ieftină pentru furnizarea de electronice.

Această nouă abordare, utilizând perovskitul procesat în soluție, își propune să revoluționeze o varietate de obiecte de zi cu zi precum celule solare, LED-uri, fotodetectori pentru smartphone-uri și cipuri de calculator. Perovskitele tratate cu solvenți sunt materiale de nouă generație pentru panourile de celule solare de pe acoperișuri, detectoare de raze X pentru diagnostic medical și LED-uri pentru iluminarea vieții de zi cu zi.

Echipa de cercetare a inclus o pereche de studenți absolvenți și un student universitar care sunt îndrumați de Jianbo Gao, liderul grupului Ultrafast Photophysics of Quantum Devices (UPQD) în cadrul Departamentului de Fizică și Astronomie al Colegiului de Științe.

Cercetarea colaborativă a fost publicată pe 12 martie în jurnalul cu impact ridicat Comunicări despre natură Articolul este intitulat „Observarea in situ a purtătorilor prinși în filme organice Perovsky Khalid cu rezoluții energetice temporale și ultra ridicate”.

Anchetatorul principal a fost Gao, care este profesor asistent de fizică a materiei condensate. Co-autori au inclus studenții absolvenți Kanishka Kobbekaduwa (primul autor) și grupul UPQD Pan Adhikari, precum și studentul Lawrence Coleman, senior în departamentul de fizică.

Alți autori de la Clemson au fost Apparao Rao, profesorul RA de fizică RA Bowen și Exian Liu, un student în vizită din China care lucrează sub conducerea lui Gao.

„Materialele perovskite sunt concepute pentru aplicații optice precum celulele solare și LED-urile”, a spus Kobbekaduwa, student absolvent și primul autor al articolului de cercetare. „Importatorii sunt importanți, deoarece este mult mai ușor de sintetizat în comparație cu celulele solare actuale pe bază de siliciu. Acest lucru se poate face prin procesarea soluției – în timp ce în siliciu, trebuie să aveți diferite metode care sunt mai costisitoare și consumă mai mult timp. “

Scopul cercetării este de a face materialele mai eficiente, mai ieftine și mai ușor de produs.

Metoda unică utilizată de echipa GAO – folosind spectroscopie ultra-rapidă de fotocurent – a permis o rezoluție de timp mult mai mare decât majoritatea metodelor, pentru a determina fizica purtătorilor prinși. Aici, efortul este măsurat în lire secunde, care reprezintă o trilionime de secundă.

“Facem dispozitive folosind acest material (perovskit) și folosim un laser pentru a ilumina lumina de pe el și a excita electronii din interiorul materialului”, a spus Kobbekaduwa. „Și apoi folosind un câmp electric extern, creăm un curent electric. Măsurând focalizarea curentă, putem arăta oamenilor caracteristicile acestui material. În cazul nostru, am determinat stările blocate, care sunt defecte ale materialului care vor afecta curentul pe care îl primim. “

Odată ce fizica este definită, cercetătorii pot identifica defecte – care în cele din urmă creează ineficiențe în materiale. Atunci când defectele sunt reduse sau inactivate, acest lucru poate duce la o eficiență crescută, care este esențială pentru celulele solare și alte dispozitive.

Deoarece materialele sunt create prin procese de soluție, cum ar fi acoperirea prin centrifugare sau imprimarea cu jet de cerneală, crește probabilitatea introducerii defectelor. Aceste procese cu temperatură scăzută sunt mai ieftine decât metodele cu temperatură ultra ridicată, rezultând un material pur. Dar schimbul este mai multe defecte ale materialului. Crearea unui echilibru între cele două tehnici poate însemna echipamente de calitate superioară și mai eficiente la un cost mai mic.

Probele de substrat au fost testate prin tragerea cu laser a materialului pentru a determina modul în care semnalul s-a propagat prin el. Folosirea unui laser pentru iluminarea probelor și colectarea curentului a făcut posibilă lucrarea și a diferențiat-o de alte experimente care nu foloseau utilizarea unui câmp electric.

„Analizând acest curent, putem vedea cum s-au mișcat electronii și cum ies dintr-un defect”, a spus Adhikari din grupul UPQD. „Este posibil doar pentru că tehnica noastră implică scale de timp foarte rapide și echipamente la locul lor sub un câmp electric. Odată ce electronul cade în defect, cei care experimentează folosind alte tehnici nu îl pot elimina. Dar îl putem elimina pentru că avem câmpul electric. Electronii au încărcare sub câmpul electric și se pot deplasa dintr-un loc în altul. Suntem capabili să analizăm transportul lor de la un punct la altul în interiorul materialului. ”

Acest transport și efectul defectelor materiale asupra acestuia pot afecta performanțele acelor materiale și echipamente în care sunt utilizate. Totul face parte din descoperirile importante pe care studenții le fac sub îndrumarea mentorului lor, creând valuri care vor duce la următoarea mare descoperire.

„Elevii nu numai că învață; ei chiar fac treaba ”, a spus Gao. „Sunt norocos să am studenți talentați care – atunci când sunt inspirați de provocări și idei – vor deveni cercetători influenți. Toate acestea fac parte din descoperirile importante pe care le fac studenții sub îndrumarea mentorilor lor, creând valuri care vor duce la următoarea mare descoperire. Suntem, de asemenea, foarte recunoscători pentru colaborările puternice cu Shreetu Shrestha și Wanyi Nie, care sunt oamenii de știință de top din materialele din Laboratorul Național Los Alamos. “

Referință: „Observarea la fața locului a purtătorilor prinși în filme organice de halogenuri metalice Perovsk cu rezoluții de energie ultra-rapide și ultra-ridicate” de Kanishka Kobbekaduwa, Shreetu Shrestha, Pan Adhikari, Exian Liu, Lawrence Coleman, Yingbing Zhang, Yuanyuan Zhou, Yehonadav Bekenstein, Feng Yan, Apparao M. Rao, Hsinhan Tsai, Matthew C. Beard, Wanyi Nie și Jianbo Gao, 12 martie 2021, Comunicări despre natură.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21946-2

Sprijinul pentru acest proiect a fost oferit de Centrul de Nanotehnologie Integrată din Laboratorul Național Los Alamos din Los Alamos, New Mexico și de Autoritatea de Cercetare din Carolina de Sud.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Zirconii antici datează începutul tectonicii plăcilor în urmă cu 3,6 miliarde de ani – un eveniment critic pentru a face pământul ospitalier pentru viață

Zirconii examinați de echipa de cercetare, fotografiați cu catodoluminiscență, tehnică cu care echipa a putut vizualiza interiorul cristalelor cu un microscop electronic cu scanare...

Putem face opioidele mai puțin dependente? [Video]

În 2017, milioane de oameni din întreaga lume erau dependenți de opioide și 115.000 au murit din cauza unui supradozaj. Opioidele sunt cele mai puternice...

Măsurile neconvenționale împotriva pandemiei și apărării nucleare pot proteja omenirea de catastrofe catastrofale

Lansarea mânerului SM-3 Block IB de la un crucișător cu rachete ghidate USS Lake Erie (CG 70). Credit: Marina SUA În curând viața pe...

Situl de legare a anticorpilor conservat în variantele de virus COVID-19 – impact mare pentru vaccinurile viitoare

O echipă de cercetare Penn State a descoperit că proteinele N din barza-covi-2 sunt stocate în toate coronavirusurile epidemice legate de îngrășăminte (sus, stânga:...

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Newsletter

Subscribe to stay updated.