15:39 2024-03-19
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Spectroscopia și teoria aruncă lumină asupra excitonilor din semiconductori
_ Spectroscopia și teoria aruncă lumină asupra excitoni în semiconductori
De la panourile solare de pe acoperișurile noastre până la noile ecrane TV OLED, multe dispozitive electronice de zi cu zi pur și simplu nu ar funcționa fără interacțiunea dintre lumină și materialele care formează semiconductori. O nouă categorie de semiconductori se bazează pe molecule organice, care constau în mare parte din carbon, cum ar fi buckminsterfullerenul.
Modul în care funcționează semiconductorii organici este determinat în mare măsură de comportamentul lor în primele câteva momente după ce lumina excită electronii, formând „excitoni” din material.
Cercetătorii de la Universitățile din Göttingen, Graz, Kaiserslautern-Landau și Grenoble-Alpes au realizat acum, pentru prima dată, imagini foarte rapide și foarte precise ale acestor excitoni — în de fapt, cu o precizie de o cvadrilionime dintr-o secundă și o miliardime dintr-un metru. Această înțelegere este esențială pentru dezvoltarea materialelor mai eficiente cu semiconductori organici. Rezultatele au fost publicate în Nature Communications.
Când lumina lovește un material, unii electroni absorb energia, iar acest lucru îi pune într-o stare excitată. În semiconductorii organici, cum ar fi cei utilizați în OLED-uri, interacțiunea dintre astfel de electroni excitați și „găurile” rămase este foarte puternică, iar electronii și găurile nu mai pot fi descriși ca particule individuale. În schimb, electronii încărcați negativ și găurile încărcate pozitiv se combină pentru a forma perechi, cunoscute sub denumirea de excitoni.
Înțelegerea proprietăților mecanice cuantice ale acestor excitoni în semiconductori organici a fost mult timp considerată o provocare majoră – atât din punct de vedere teoretic, cât și din punct de vedere teoretic. din punct de vedere experimental.
Noua metodă aruncă lumină asupra acestui puzzle. Wiebke Bennecke, fizician la Universitatea din Göttingen și primul autor al studiului, explică: „Folosind microscopul nostru electronic cu fotoemisie, putem recunoaște că forțele atractive din interiorul excitonilor le modifică semnificativ energia și distribuția vitezei. Măsurăm schimbările cu extrem de mult. rezoluție înaltă atât în timp, cât și în spațiu și comparați-le cu predicțiile teoretice ale mecanicii cuantice.”
Cercetătorii se referă la această nouă tehnică ca tomografie cu exciton fotoemisie. Teoria din spatele acesteia a fost dezvoltată de o echipă condusă de profesorul Peter Puschnig de la Universitatea din Graz.
Această nouă tehnică le permite oamenilor de știință, pentru prima dată, să măsoare și să vizualizeze funcția de undă mecanică cuantică a excitoni. Mai simplu spus, funcția de undă descrie starea unui exciton și determină probabilitatea acestuia de a fi prezent.
Dr. Matthijs Jansen, Universitatea Göttingen, explică semnificația descoperirilor: „Semiconductorul organic pe care l-am studiat a fost buckminsterfullerene, care constă dintr-un aranjament sferic de 60 de atomi de carbon. Întrebarea era dacă un exciton va fi întotdeauna situat pe o singură moleculă sau dacă ar putea fi distribuit în mai multe molecule simultan. Această proprietate poate avea o influență majoră asupra eficienței semiconductorilor din celulele solare."
Tomografia cu exciton cu fotoemisie oferă răspunsul: imediat după ce excitonul este generat de lumină, acesta este distribuită pe două sau mai multe molecule. Cu toate acestea, în câteva femtosecunde, adică într-o mică fracțiune de secundă, excitonul se micșorează înapoi la o singură moleculă.
În viitor, cercetătorii doresc să înregistreze comportamentul excitonilor folosind noul metodă. Potrivit profesorului Stefan Mathias, Universitatea Göttingen, acest lucru are potențial: „De exemplu, vrem să vedem cum mișcarea relativă a moleculelor influențează dinamica excitonilor dintr-un material. Aceste investigații ne vor ajuta să înțelegem procesele de conversie a energiei în semiconductori organici. Și sperăm că aceste cunoștințe vor contribui la dezvoltarea unor materiale mai eficiente pentru celulele solare.”
Comentarii:
Adauga Comentariu