Las perovskitas, una clase de materiales que adoptan una estructura cristalina específica, han surgido recientemente como candidatos prometedores para diversas aplicaciones optoelectrónicas debido a sus excelentes propiedades de absorción de luz y su costo relativamente bajo. Sin embargo, aún falta una comprensión fundamental de cómo responden estos materiales a la excitación de la luz, lo que dificulta futuras mejoras y aplicaciones prácticas.
En este estudio, los investigadores utilizaron un microscopio electrónico ultrarrápido de última generación, ubicado en el Centro de Nanomateriales Funcionales (CFN) del Brookhaven Lab, para capturar cambios estructurales en nanocristales de perovskita individuales de bromuro de plomo y cesio (CsPbBr3) tras una excitación de luz ultrarrápida. El diseño único del microscopio del CFN permitió al equipo registrar imágenes de alta resolución con una resolución temporal de sólo unos pocos picosegundos.
Los resultados revelaron que unos pocos picosegundos después de que los nanocristales absorbieran la luz, su red cristalina, normalmente distorsionada debido a la disposición de los átomos en su interior, experimentó una transformación, volviéndose más simétrica. Este inesperado enderezamiento de la red se atribuyó al movimiento de electrones altamente energéticos o "calientes", que se redistribuyeron transitoriamente dentro de los nanocristales.
El autor principal, Ming-Chang Chen, científico del Brookhaven Lab, proporcionó información sobre los resultados experimentales:"Encontramos que el reordenamiento de la red está estrechamente relacionado con la dinámica de relajación de los electrones calientes, que son los principales portadores de energía en dispositivos fotovoltaicos y optoelectrónicos. Controlando estos procesos ultrarrápidos, podríamos mejorar la eficiencia de estos dispositivos".
El enderezamiento de la red observado podría tener implicaciones importantes para comprender las propiedades impulsadas por la luz y el rendimiento de las perovskitas. Por ejemplo, en las células solares, los cambios transitorios de la red podrían afectar el movimiento y la separación de los portadores de carga, influyendo en la capacidad de la célula para convertir la luz en electricidad.
"Nuestros hallazgos abren nuevas vías para explorar y controlar las propiedades de las perovskitas a nanoescala", añadió el autor correspondiente James M. Kikkawa, físico del Departamento de Física de la Materia Condensada y Ciencia de Materiales del Brookhaven Lab. "Al manipular estos procesos ultrarrápidos, podemos mejorar potencialmente la eficiencia y el rendimiento de los dispositivos basados en perovskita para una variedad de aplicaciones".
El equipo de investigación planea investigar más a fondo estas dinámicas ultrarrápidas en diferentes materiales de perovskita y explorar estrategias potenciales para manipularlos y aprovecharlos para aplicaciones prácticas.
