Een sprong voorwaarts in nanotechnologie: speciale microkristallen kweken voor betere apparaten

In een krant gepubliceerd in het dagboek Geavanceerde materialenDe onderzoeksgroep van Dr. Atikur Rahman van de afdeling Natuurkunde van het IISER Pune, India, rapporteert samen met medewerkers een nieuwe manier om speciale kristallen te kweken, genaamd CsPbBr₃ nanoplaatjes.

De superieure eigenschappen van deze kristallen maken ze veelbelovende kandidaten voor gebruik in fotodetectoren en elektronische apparaten. De medewerkers aan dit werk waren onder andere de onderzoeksgroepen van Prof. Pavan Kumar van IISER Pune, Dr. Goutam Sheet van IISER Mohali en Dr. Sooyeon Hwang van Brookhaven National Laboratory, VS.

CsPbBr₃ is een type materiaal met uitstekende opto-elektronische eigenschappen. Dit betekent dat het op manieren met licht kan interacteren die erg handig zijn voor apparaten zoals zonnecellen, lichtgevende diodes (LED’s) en detectoren. Deze kristallen zijn stabiel bij hoge temperaturen, waardoor ze duurzaam en betrouwbaar zijn.

Tot nu toe hebben wetenschappers echter moeite gehad met het kweken van grote, hoogwaardige CsPbBr-deeltjes.₃ kristallen met ferro-elektrische eigenschappen en ultralage donkere stroom. Dit heeft het gebruik van CsPbBr beperkt₃ kristallen in nieuwe technologieën die gebruik kunnen maken van hun unieke eigenschappen, zoals optische schakelaars, ultragevoelige detectoren en geavanceerde zonnecellen.

In het huidige artikel ontwikkelde het team een ​​nieuwe methode om deze kristallen te laten groeien bij kamertemperatuur met behulp van een proces genaamd solvothermische synthese. Deze techniek omvat het gebruik van een speciale oplossing om de materialen op te lossen die nodig zijn om de kristallen te vormen.

“Een van de meest opwindende aspecten van deze methode is dat de kristallen die met deze methode worden gekweekt, ferro-elektrische eigenschappen vertonen”, aldus Gokul Anilkumar, een promovendus bij Dr. Rahman en de hoofdauteur van deze studie.

Ferro-elektrische materialen hebben een speciaal vermogen om een ​​elektrische polarisatie te behouden, die kan worden omgekeerd door een elektrisch veld aan te leggen. Dit maakt ze zeer nuttig voor verschillende geavanceerde technologieën.

De onderzoekers gebruikten verschillende geavanceerde technieken, zoals Second Harmonic Generation (een methode om te testen of de kristallen nieuwe lichtfrequenties kunnen genereren) en Piezoresponse Force Microscopy (een techniek om de mechanische respons van de kristallen op elektrische velden te meten) om te bevestigen dat de kristallen inderdaad ferro-elektrisch zijn.

Door microdevices te maken, testten de onderzoekers de elektrische geleidbaarheid van de kristallen en ontdekten dat ze een zeer lage stroomsterkte in het donker doorlaten, wat betekent dat ze zeer lage niveaus van licht of straling kunnen detecteren. Deze apparaten blijken 100 keer gevoeliger te zijn dan conventionele siliciumfotodetectoren.

Sprekend over de mogelijke toepassingen van deze ontwikkeling zei Dr. Atikur Rahman, die dit samenwerkingsverband leidde: “De mogelijkheid om hoogwaardige CsPbBr te laten groeien₃ microkristallen is een grote stap voorwaarts in de materiaalkunde. Het maakt de weg vrij voor de ontwikkeling van de volgende generatie opto-elektronische apparaten, zoals efficiëntere LED’s en ultragevoelige sensoren voor licht en röntgenstraling of andere straling, die de manier waarop we energie gebruiken en genereren, kunnen transformeren.”