Los investigadores llamaron la atención hace tres años cuando informaron que una perovskita bidimensional, un material con una estructura cristalina específica, compuesta de cesio, el plomo y el bromo emitían una luz verde intensa. Los cristales que producen luz en el espectro verde son deseables porque la luz verde, aunque valioso en sí mismo, también se puede convertir con relativa facilidad a otras formas que emiten luz azul o roja, lo que lo hace especialmente importante para aplicaciones ópticas que van desde dispositivos emisores de luz hasta herramientas de diagnóstico sensibles.

Pero no hubo acuerdo sobre cómo el cristal, CsPb ₂ Br ₅ , produjo la fotoluminiscencia verde. Surgieron varias teorías, sin una respuesta definitiva.

Ahora, sin embargo, investigadores de los Estados Unidos, México y China, dirigido por un ingeniero eléctrico de la Universidad de Houston, han informado en la revista Materiales avanzados han utilizado sofisticadas técnicas ópticas y de celdas de yunque de diamante de alta presión para determinar no solo el mecanismo de emisión de luz, sino también cómo replicarlo.

Inicialmente sintetizaron CsPb ₂ Br ₅ de un material relacionado conocido como CsPbBr ₃ y descubrió que la causa principal de la emisión de luz es un pequeño crecimiento excesivo de nanocristales compuestos de ese material original, creciendo a lo largo del borde de la CsPb ₂ Br ₅ cristales. Mientras que CsPbBr ₃ , el cristal base, es tridimensional y parece verde bajo luz ultravioleta, el nuevo material, CsPb ₂ Br ₅ , tiene una estructura en capas y es ópticamente inactivo.

"Ahora que se comprende el mecanismo para emitir esta luz, se puede replicar, "dijo Jiming Bao, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en la UH y autor correspondiente del artículo. "Ambos cristales tienen la misma composición química, al igual que el diamante contra el grafito, pero tienen propiedades ópticas y electrónicas muy diferentes. La gente podrá integrar los dos materiales para hacer mejores dispositivos ".

Las aplicaciones potenciales van desde células solares hasta iluminación LED y otros dispositivos electrónicos.

Bao comenzó a trabajar en el problema en 2016, un proyecto que finalmente involucró a 19 investigadores de la UH e instituciones de China y México. En el momento, había dos escuelas de pensamiento científico sobre la emisión de luz del cristal de cesio:que emitía luz verde debido a un defecto, principalmente una falta de bromo, en lugar del material en sí, o que se haya introducido una variación involuntariamente, resultando en la emisión.

Su grupo comenzó con la síntesis de una muestra limpia dejando caer CsPbBr ₃ polvo en agua, resultando en cristales de bordes más nítidos. Los bordes más afilados emitieron una luz verde más fuerte, Dijo Bao.

Luego, los investigadores utilizaron un microscopio óptico para estudiar los cristales individuales del compuesto, lo que dijo Bao les permitió determinar que aunque el compuesto es transparente, "algo estaba pasando en el borde, resultando en la fotoluminiscencia ".

Se basaron en la espectroscopía Raman, una técnica óptica que utiliza información sobre cómo la luz interactúa con un material para determinar las propiedades de la red del material, para identificar los nanocristales del material fuente original. CsPbBr ₃ , a lo largo de los bordes del cristal como fuente de luz.

Bao dijo CsPbBr ₃ es demasiado inestable para usarlo por sí solo, pero la estabilidad de la forma convertida no se ve obstaculizada por la pequeña cantidad de cristal original.

Los investigadores dijeron que la nueva comprensión de la emisión de luz generará nuevas oportunidades para diseñar y fabricar nuevos dispositivos optoelectrónicos. Las técnicas utilizadas para comprender el compuesto de haluro de plomo-cesio también se pueden aplicar a otros materiales ópticos para aprender más sobre cómo emiten luz. Dijo Bao.