Cultivando microcristais especiais para melhores dispositivos

Em um artigo publicado na revista Materiais AvançadosO grupo de pesquisa do Dr. Atikur Rahman do departamento de Física do IISER Pune, Índia, juntamente com colaboradores, relatam uma nova maneira de cultivar cristais especiais chamados CsPbBr₃ nanoplaquetas.

As propriedades superiores desses cristais os tornam candidatos promissores para uso em fotodetectores e dispositivos eletrônicos. Os colaboradores deste trabalho incluíram os grupos de pesquisa do Prof. Pavan Kumar do IISER Pune, Dr. Goutam Sheet do IISER Mohali e Dr. Sooyeon Hwang do Brookhaven National Laboratory, EUA.

CsPbBr₃ é um tipo de material que tem excelentes propriedades optoeletrônicas. Isso significa que ele pode interagir com a luz de maneiras que são muito úteis para dispositivos como células solares, diodos emissores de luz (LEDs) e detectores. Esses cristais são estáveis ​​em altas temperaturas, o que os torna duráveis ​​e confiáveis.

No entanto, até agora, os cientistas têm tido problemas para cultivar CsPbBr grandes e de alta qualidade₃ cristais com propriedades ferroelétricas e corrente escura ultrabaixa. Isso limitou o uso de CsPbBr₃ cristais em novas tecnologias que poderiam tirar proveito de suas propriedades únicas, como interruptores ópticos, detectores ultrassensíveis e células solares avançadas.

No artigo atual, a equipe desenvolveu um novo método para cultivar esses cristais perto da temperatura ambiente usando um processo chamado síntese solvotérmica. Essa técnica envolve usar uma solução especial para dissolver os materiais necessários para formar os cristais.

“Um dos aspectos mais interessantes desse método é que os cristais cultivados usando esse método apresentam propriedades ferroelétricas”, disse Gokul Anilkumar, aluno de doutorado do Dr. Rahman e primeiro autor deste estudo.

Materiais ferroelétricos têm uma habilidade especial de manter uma polarização elétrica, que pode ser revertida pela aplicação de um campo elétrico. Isso os torna muito úteis para várias tecnologias avançadas.

Os pesquisadores usaram diversas técnicas sofisticadas, como a Geração de Segundo Harmônico (um método para testar se os cristais podem gerar novas frequências de luz) e a Microscopia de Força Piezoresponse (uma técnica para medir a resposta mecânica dos cristais a campos elétricos) para confirmar que os cristais são de fato ferroelétricos.

Ao fazer microdispositivos, os pesquisadores testaram a condutividade elétrica dos cristais e descobriram que eles permitem que uma corrente muito baixa flua no escuro, o que significa que eles podem detectar níveis muito baixos de luz ou radiação. Esses dispositivos são 100 vezes mais sensíveis do que fotodetectores de silício convencionais.

Falando sobre as potenciais aplicações deste desenvolvimento, o Dr. Atikur Rahman, que liderou este trabalho colaborativo, disse: “A capacidade de cultivar CsPbBr de alta qualidade₃ microcristais é um grande passo à frente na ciência dos materiais. Ele abre caminho para o desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos de próxima geração, como LEDs mais eficientes e sensores ultrassensíveis para luz e raios X ou outra radiação, que podem transformar a maneira como usamos e geramos energia.”