Lysfølsomme perovskitter ændrer form, når de udsættes for lys

Et krystallinsk materiale, der ændrer form som reaktion på lys, kunne danne hjertet i nye lysaktiverede enheder. Perovskit-krystaller har fået meget opmærksomhed for deres effektivitet til at omdanne sollys til elektricitet, men nyt arbejde fra videnskabsmænd ved KAUST viser, at deres potentielle anvendelser rækker langt ud over det lysindtagende lag af solpaneler.

Fotostriktion er visse materialers egenskab til at gennemgå en ændring i indre belastning, og derfor form, med udsættelse for lys. Organiske fotostriktive materialer tilbyder den største formændring hidtil rapporteret som reaktion på lys - en parameter kendt som deres fotostriktive koefficient - men deres respons er langsom og ustabil under omgivende forhold.

KAUST elektroingeniør Jr-Hau Han og hans kolleger har ledt efter fotostriktion i en ny familie af materialer, perovskitterne. "Perovskites er et af de hotteste optiske materialer, " siger han. Hans arbejde viser nu, at deres interessante optiske egenskaber er mere end solenergihøst. Forskerne testede en perovskit kaldet MAPbBr3 og afslørede, at den havde en stærk og robust fotostriktionsadfærd.

For i vid udstrækning at teste materialets fotostriktionsmuligheder, holdet udviklede en ny metode. De brugte Raman-spektroskopi, som sonderer de molekylære vibrationer i strukturen. Når man bader i lys, fotostriktion ændrer den indre belastning i materialet, som så forskyder det indre mønster af vibrationer. Ved at måle skiftet i Raman-signalet, når materialet blev sat under mekanisk tryk, holdet kunne kalibrere teknikken og så bruge den til at kvantificere effekten af ​​fotostriktion.

"Vi demonstrerede, at in situ Raman-spektroskopi med konfokalmikroskopi er et kraftfuldt karakteriseringsværktøj til bekvemt at måle iboende fotoinduceret gitterdeformation, " siger Tzu-Chiao Wei, et medlem af teamet. "Den samme tilgang kunne anvendes til at måle fotostriktion i andre materialer, " tilføjer han.

Perovskitmaterialet viste sig at have en signifikant fotostriktionskoefficient på 1,25%. Forskerne viste også, at perovskittens fotostriktion delvis skyldtes den fotovoltaiske effekt - fænomenet i hjertet af de fleste solcelledrift. Den spontane generering af positive og negative ladninger, når perovskitten bades i lys, polariserer materialet, hvilket inducerer en bevægelse i de ioner, materialet er lavet af.

Den robuste og stabile fotostriktion af perovskit gør den nyttig til en række mulige enheder, siger Wei. "Vi vil bruge dette materiale til at fremstille næste generation af optoelektroniske enheder, inklusive trådløse fjernomskiftelige enheder og andre lyskontrollerede applikationer, " han siger.