Perovskitas faro a diferena na futura gerao de equipamentos eletrnicos

Planto

Com informações da Agência Fapesp – 26/02/2021

Perovskitas

Uma equipe de fsicos do Brasil e dos EUA coletou novas informaes essenciais para o uso prtico de um dos materiais mais promissores da eletrnica: as perovskitas.

J usadas para fabricar algumas das clulas solares mais eficientes do mundo – em escala de laboratrio – as perovskitas so uma classe de materiais que apresentam a mesma estrutura cristalina da perovskita original, um xido de clcio e titnio (CaTiO₃) descoberto na Rssia em 1839 e batizado em homenagem ao mineralogista russo Lev Perovski (1792-1856).

Mas o material til em uma infinidade de aplicaes – como na lgica multibits da computao neuromrfica – graas a uma srie de propriedades, incluindo a alta qualidade dos pontos qunticos que podem ser fabricados com ele.

Pontos qunticos so nanopartculas de material semicondutor compostas por apenas alguns milhares de tomos. Esse nmero reduzido faz com que os pontos qunticos tenham propriedades que so um meio-termo entre as da molcula, que tm alguns poucos tomos, e as do material slido, formado por uma enorme quantidade deles. Isso possibilita que, com o controle adequado do tamanho e da forma das nanopartculas, seja possvel interferir em suas propriedades eletrnicas – como os eltrons ficam ligados e se movimentam pelo material – e pticas – como a luz absorvida e emitida por esse material.

O controle do tamanho e forma das nanopartculas tem viabilizado o seu uso em aplicaes comerciais, algumas j disponveis, como lasers, LEDs e TVs, incorporados com tecnologia de pontos qunticos.

Pontos qunticos de perovskita

Mas h um problema que pode prejudicar a eficincia de componentes que usam os pontos qunticos de perovskita como meio ativo: Quando a luz absorvida por um material, os eltrons so promovidos a nveis superiores de energia. E, ao voltarem para o seu estado fundamental, cada um deles pode emitir um fton de luz de volta para o ambiente. Nos pontos qunticos convencionais, esse caminho de volta do eltron para seu estado fundamental pode ser perturbado por vrios fenmenos qunticos, retardando a emisso luminosa para o exterior.

O aprisionamento do eltron em alguns estados qunticos, chamados de “estado escuro”, retarda a emisso luminosa, em contraste com o caminho que permite a volta rpida do eltron ao patamar fundamental e, portanto, a emisso de luz de forma mais eficiente e direta, caracterizado como “estado claro”.

a que entra o trabalho da equipe de fsicos da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas) e da Universidade de Michigan (EUA): Eles conseguiram descrever em um detalhamento indito como a fsica fundamental atuante nos pontos qunticos de perovskita faz com que o retardo da emisso luminosa seja menor nesses materiais.

“Nesse trabalho, utilizamos uma tcnica de espectroscopia coerente que permite avaliar separadamente o comportamento dos eltrons de cada nanomaterial em um conjunto de dezenas de bilhes de nanomateriais. O ineditismo do nosso estudo foi que ele combinou uma classe de nanomateriais relativamente nova, a perovskita, com uma tcnica de deteco completamente nova,” diz o professor Lzaro Padilha, coordenador brasileiro da pesquisa.

O trabalho detalha os nveis de energia dos eltrons conforme eles ganham e perdem energia dentro dos pontos qunticos.
[Imagem: Albert Liu et al. – 10.1126/sciadv.abb3594]

Usos em ptica e eletrnica

o prprio professor Padilha quem explica as principais concluses do trabalho.

“Devido estrutura cristalina da perovskita, seu nvel de energia claro divide-se em trs, formando um tripleto. Isso abre vrios caminhos para a excitao e a volta dos eltrons ao estado fundamental.

“O resultado mais impactante do trabalho foi que, por meio da anlise dos tempos de vida de cada um dos trs nveis claros e das caractersticas do sinal emitido pela amostra, obtivemos evidncias de que o nvel escuro est presente, mas situa-se em um patamar de energia maior do que dois dos trs nveis claros. Isso significa que, ao iluminarmos a amostra, os eltrons excitados s ficaro presos caso ocupem o mais alto nvel claro e depois sejam deslocados para o nvel escuro. No caso de ocuparem os nveis claros mais baixos, eles retornaro a seus estados fundamentais de forma mais eficiente”.

“Foi possvel averiguar o alinhamento energtico entre os estados claros [associados a tripletos] e o estado escuro [associado a singletos], indicando como esse alinhamento depende do tamanho do nanomaterial, alm de revelar informaes a respeito das interaes entre esses estados.

“Isso pode abrir espao para o uso desses sistemas em outras reas da tecnologia, como a da informao quntica,” afirmou o pesquisador.

“O resultado obtido muito importante pois o conhecimento das propriedades pticas do material e de como seus eltrons se comportam abre caminho para o desenvolvimento de novas tecnologias em ptica e eletrnica de semicondutores. A incorporao da perovskita ser, com muita probabilidade, o grande diferencial dos prximos televisores,” finalizou a professora Ana Flvia Nogueira, membro da equipe.

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