EXAMEN

Récemment, une nouvelle étude menée par le Georgia Institute de l'équipe de recherche sur la technologie élargie, a ouvert un mystère quantique derrière perovskite « semi-hybride » caché la physique des matériaux.

fond

Le dispositif opto-électronique des semi-conducteurs, la « lumière » et « électricité » Les deux lien physique, de sorte que les interconversions « lumière » et « électricité ». Ils peuvent convertir l'énergie électrique en énergie lumineuse, par exemple, la LED, et vice versa, on peut transformer l'énergie lumineuse en énergie électrique, telles que les cellules solaires.

Dans l'industrie des semi-conducteurs, des dispositifs opto-électroniques jouent un rôle très important. Dans la société moderne, à base de silicium dispositifs optoélectroniques presque partout. Cependant, le dispositif semi-conducteur photoélectrique à base de silicium conventionnel, en termes de performance, l'efficacité, le coût, la flexibilité et autres sont limitées. Par conséquent, les scientifiques explorent activement de nouveaux matériaux semi-conducteurs tels que le nitrure de gallium, l'oxyde de gallium, le carbure de silicium. Cela signifie également qu'une nouvelle génération de matériaux semi-conducteurs sont en train d'émerger.

Ces dernières années, un matériau connu sous le nom « perovskite » a été largement recherché des scientifiques de divers pays. Il a une stabilité structurelle spéciale, de faciliter les défauts de migration par diffusion, comprenant ainsi le électrocatalytique, absorbant la lumière d'excellentes propriétés physiques et chimiques et analogues. Comme décrit précédemment auteur, la matière perovskite a été appliqué dans une lampe à LED, un dispositif photovoltaïque de cellules solaires. Il devrait changer encore une fois la technologie de l'éclairage et de la technologie photovoltaïque.

LED perovskite (Source: American Chemical Society)

cellules solaires perovskite (Source: UNIST)

innovation

Récemment, une nouvelle étude menée par le Georgia Institute de l'équipe de recherche sur les technologies élargi, ouvert derrière perovskite « contrairement aux classiques » « semi-hybride » matériau caché mystères de la physique quantique.

Illustré ci-dessous: Georgia Tech Carlos Silva dans le laboratoire, pour un laser dans le domaine visible des propriétés quantiques du matériel d'essai.

(Source: Georgia Tech / Rob Felt)

L'équipe de recherche comprenait des chercheurs de l'Université de Mons Hainaut, Belgique, Institut de technologie de l'Italie. 14 janvier 2019, étude connexe, publiée dans la revue "Nature Materials (Nature Materials)". Cette recherche a été soutenue par la National Science Foundation, l'horizon 2020 de l'UE programme, sciences naturelles du Canada et Conseil de recherches en génie, Fondation de la recherche du Québec pour financer le bureau de la Politique scientifique fédérale belge.

Georgia Institute of Technology professeur de l'École de chimie et de biochimie Carlos Silva Ajay Ram Srimath Kandada de l'Institut de technologie de Géorgie et de l'Institut italien de technologie ensemble a dirigé l'étude.

Ci-dessous: Carlos Silva (à gauche) et assistants de troisième cycle de traitement au laser étant Félix Thouin vérification de la plage visible. Dispositif pour tester des halogénures organiques - les propriétés quantiques de perovskites inorganiques.

(Source: Georgia Tech / Rob Felt)

technologie

Institut de technologie de Géorgie chercheurs menés par l'équipe de chimiste a déclaré que ces nouveaux soi-disant « semi-hybride » Par rapport à leurs prédécesseurs, comme « ballet » par rapport à la « prise de saut. » Dans ce nouveau matériau, la rotation fluctuant particules quantiques, en tant que groupe de danseurs de ballet, l'envie habilement produites caractéristiques photovoltaïques. Cependant, les mêmes caractéristiques ne peuvent pas être mises en uvre dans le semi-conducteur classique.

Particules se déplaçant à travers ces nouveaux matériaux, mais rend également le matériau lui-même de participer à l'effet quantique dans le passé, comme un danseur de ballet et la piste de danse pour les laisser danser. Les chercheurs en raison de vague modèle matériel cause de « Dance », et ces formes d'ondes et « propriétés quantiques des nouveaux matériaux » et mesures « énergie dans le matériau » les inscrivent.

Exceptionnellement souple semi-conducteur

Ces nouveaux matériaux pour accueillir toutes sortes « contraires à la classique » mouvement des particules quantiques (comme un danseur de ballet), cette capacité directement à son niveau moléculaire anormalement « douce » liée, comme la piste de danse participent également à la danse. En revanche, la structure rigide à semi-conducteur classique, moléculaire rigide, elle ne peut participer à une danse de particule quantique.

Les chercheurs ont étudié ce type d'hybride à semi-conducteur, appelé « halogénure organique - perovskite inorganique (HOIP). » Une telle structure semi-conductrice à une couche cristalline (à semi-conducteurs couramment utilisé) et la combinaison innovante d'un matériau flexible.

Ce matériau semi-conducteur est revêtu avec

Silva dit: « un avantage est impérieux, les conditions de traitement de HOIP peut être généré à basse température en solution moins d'énergie nécessaire à la fabrication, et peut être fabriqué en série .. »

En général, la plupart des besoins de semi-conducteur à fabriquer en petite quantité à une température élevée, ces semi-conducteurs sont rigides et ne peuvent pas être appliqués à la surface. Cependant, HOIP est appliquée sur la surface, créant la LED, un laser, ou même des vitrages émis par le bleu aux couleurs claires de mer pourpre. En utilisant l'éclairage HOIP, que peu d'énergie nécessaire, mais permet également au fabricant d'améliorer l'efficacité photovoltaïque du panneau de cellules solaires et de réduire les coûts de production.

L'ouverture et la fermeture de la mécanique quantique sauter

Dispositif optoélectronique peut être une lumière à semi-conducteur en électricité, la puissance peut également être convertie en lumière. Cependant, les chercheurs ont étudiés liés à ce dernier (émission) concentré de processus.

De sorte que le matériau du mystère d'émission de lumière: D'une manière générale, l'application d'énergie à des électrons dans la matière, pour produire un saut quantique de l'orbite autour de l'atome, et quand ils sont vides avant le retour de saut de piste sera sous la forme de lumière l'énergie d'excitation. électrons liés peuvent être un matériau semi-conducteur classique dans certaines régions, ces régions limite considérablement l'amplitude du mouvement de l'électron, puis l'énergie est appliquée sur ces zones afin qu'ils produisent transition quantique des électrons, quand ils sautent en arrière ensemble quand il il émet une lumière utile.

Silva dit: « Ce sont des puits quantiques, dans une partie en deux dimensions de la matière, la limite de quantum de ces propriétés, ce qui crée une caractéristique d'émission de lumière de ceux-ci spécial. »

excitation de particules irréel

Cet hybride a un procédé de fabrication de semi-conducteur à une lumière plus attrayant, qui est sa compétitivité de base.

Électronique a une charge négative, l'électron excité par l'énergie de la piste originale, la piste d'origine devient une charge positive, qui est appelé le « trou ». Les électrons et les trous formés par rotation autour d'un soi-disant « particules virtuelles » les uns aux autres, ou « quasi-particules » appelé « excitons » (l'auteur dans un article précédent pour excitons été image description plus précise) .

Silva dit: « excitons est appelé aspiration positive et négative » énergie de liaison «qui est un phénomène très haute énergie est une émission de lumière très favorable. »

Lorsque les électrons et les trous se recombinent, l'énergie de liaison sera diffusé, générant ainsi de la lumière. Cependant, en général, l'exciton dans le semi-conducteur reste très difficile à obtenir.

Silva a déclaré: « Dans les propriétés des excitons semi-conducteurs classiques, que dans des conditions de température extrêmement froides, mais est stable dans HOIP, les propriétés excitons est très stable à la température ambiante .. »

rotation magnifique quasiparticle

Excitons libérés de leurs atomes, et se déplaçant librement dans le matériau. En outre, le HOIP d'excitons tourner autour de l'autre exciton de rotation, une forme quasi-particule, il est appelé « double excitons. » Cependant, non seulement la quasi-particule formée biexciton.

Treillis en la matière, les excitons sont en rotation autour d'un atome. Comme les électrons et les trous pour former des excitons, exciton autour de ce noyau tourne, l'autre quasiparticle, il est appelé un « polaron. » Tous ces effets peuvent conduire à excitons retour « Polaron. » Même dire que certains des excitons montrant un « polaron » des changements subtils.

Tous ces changements dynamiques combinés en un fait: Hopi pleine de cations et anions. Ces danse quantique endroit magnifique que leur effet global sur le matériel lui-même.

résonance vague

matériel atomique, impliqué électronique de danse inhabituelle, l'exciton, l'exciton double, polaron, la création d'un matériel nano gap répété, on peut observer sous la forme des motifs de forme d'onde, mais aussi avec la le changement dans le matériau ajouté à l'énergie générée en mouvement et en évolution.

Silva a déclaré: « Dans l'état fondamental, ces modèles d'onde ressemblent d'une manière particulière, mais après l'énergie Jia Tian performance exciton change changeant ainsi la forme d'onde, nous avons mesuré ce point dans cette étude. l'observation clé est que les formes d'onde avec différents types de exciton (exciton, l'exciton à double polaron / polaron moins) changé ".

Ces lacunes aussi pris les excitons dans le matériau pour le rendre ralenti. Tous ces changements magnifiques de dynamiques affectent la qualité de la lumière.

sandwich bande en caoutchouc

De tels matériaux « halogénure organique - inorganique perovskites », une structure en sandwich. Cette structure en sandwich comportant deux couches du réseau inorganique, une certaine matière organique interposée entre elles, de sorte HOIP être un matériau hybride organique-inorganique. effet quantique se produit dans le réseau cristallin.

La couche organique de l'intermédiaire comme une bande de caoutchouc, mais le treillis dans une piste de danse secouant stable. Pendant ce temps, également dans le cadre de nombreuses obligations non covalentes de HOIP ensemble, de sorte que le matériau devient mou.

unité monocristallin utilise une forme de soi-disant « perovskites », qui est une structure de diamant très uniforme, l'atome de métal est situé dans le centre d'un atome d'halogène, le chlore ou l'iode et similaire au niveau du sommet, de sorte qu'il est « halogénure ». Pour cette étude, les chercheurs utilisant une formule prototype à deux dimensions « (PEA) 2PbI4 » de.

Ci-dessous: HOIP (halogénures de perovskite organique - inorganique) dessin. Perovskite rhombique, la couche de cristal d'un mouvement de particule quantique fournir endroits. La couche organique est intermédiaire, ce sont principalement la contribution à la HOIP globale flexible, le panneau principal flexible de cette nouvelle génération de semi-conducteurs.

(Source: Georgia Institute of Technology)

valeur

HOIP non seulement le rendement énergétique des émissions de lumière que cause prévisible, mais aussi de faciliter la fabrication et l'application. Les recherches plus productives ont lancé de nouvelles idées qui aideront les ingénieurs mentionnés ci-dessus cette nouvelle classe de semi-conducteurs.

mot-clé

Perovskite, quantique, photovoltaïque, excitons, semi-conducteurs

Documents de référence

[1]

[2] Félix Thouin, David A. Valverde-Chávez, Claudio Quarti, Daniele Cortecchia, Ilaria Bargigia, David Beljonne, Annamaria Petrozza, Carlos Silva, Ajay Ram Srimath Kandada. cohérences phonons révèlent le caractère polaronique des excitons en deux dimensions perovskites d'halogénure de plomb . Nature Materials, 2019; DOI: 10.1038 / s41563-018-0262-7