A la creciente lista de semiconductores bidimensionales, como el grafeno, el nitruro de boro y el disulfuro de molibdeno, cuyas propiedades electrónicas únicas los convierten en posibles sucesores del silicio en dispositivos futuros, ahora puede agregar perovskitas orgánicos-inorgánicos híbridos. Sin embargo, a diferencia delos otros contendientes, que son semiconductores covalentes, estas perovskitas híbridas 2D son materiales iónicos, lo que les otorga propiedades especiales propias.
Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley Berkeley Lab del Departamento de Energía de EE. UU. DOE han cultivado con éxito láminas 2D de perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas a partir de la solución. Las láminas ultrafinas son de alta calidad, gran área,y de forma cuadrada. También exhibieron fotoluminiscencia eficiente, capacidad de ajuste de color y una relajación estructural única que no se encuentra en las hojas semiconductoras covalentes.
"Creemos que este es el primer ejemplo de nanoestructuras atómicamente delgadas en 2D hechas de materiales iónicos", dice Peidong Yang, químico de la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab y autoridad mundial en nanoestructuras, a quien se le ocurrió la idea de esta investigación.Hace 20 años. "Los resultados de nuestro estudio abren oportunidades para la investigación fundamental sobre la síntesis y caracterización de perovskitas híbridas 2D atómicamente delgadas e introduce una nueva familia de semiconductores procesados en solución 2D para dispositivos optoelectrónicos a nanoescala, como transistores de efecto de campo y fotodetectores"
Yang, quien también tiene citas con la Universidad de California UC Berkeley y es codirector del Instituto Kavli Energy NanoScience Kavli-ENSI, es el autor correspondiente de un artículo que describe esta investigación en la revista ciencia . El documento se titula "Perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas bidimensionales atómicamente delgadas". Los autores principales son Letian Dou, Andrew Wong y Yi Yu, todos miembros del grupo de investigación de Yang. Otros autores son Minliang Lai, Nikolay Kornienko, SamuelEaton, Anthony Fu, Connor Bischak, Jie Ma, Tina Ding, Naomi Ginsberg, Lin-Wang Wang y Paul Alivisatos.
Las perovskitas tradicionales son típicamente materiales de óxido de metal que muestran una amplia gama de propiedades electromagnéticas fascinantes, que incluyen ferroelectricidad y piezoelectricidad, superconductividad y colosal magnetorresistencia. En los últimos años, las perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas han sido procesadas en solución en películas delgadaso cristales a granel para dispositivos fotovoltaicos que han alcanzado una eficiencia de conversión de energía del 20 por ciento. La separación de estos materiales híbridos en láminas 2D independientes independientes mediante técnicas como recubrimiento por rotación, deposición química de vapor y exfoliación mecánica ha tenido un éxito limitado.
En 1994, mientras era estudiante de doctorado en la Universidad de Harvard, Yang propuso un método para preparar nanoestructuras híbridas de perovskita 2D y ajustar sus propiedades electrónicas, pero nunca actuó en consecuencia. El año pasado, mientras se preparaba para mudar su oficina, se encontró con la propuestay lo transmitió al coautor Dou, un estudiante posdoctoral en su grupo de investigación. Dou, trabajando principalmente con los otros autores principales Wong y Yu, utilizó la propuesta de Yang para sintetizar hojas 2D independientes de CH3NH3PbI3, una perovskita híbridahecho de una mezcla de plomo, bromo, nitrógeno, átomos de carbono e hidrógeno.
"A diferencia de los métodos de exfoliación y de deposición química de vapor, que normalmente producen placas de perovskita relativamente gruesas, pudimos cultivar cristales 2D uniformes de forma cuadrada en un sustrato plano con alto rendimiento y excelente reproducibilidad", dice Dou. "Caracterizamos la estructuray la composición de cristales 2D individuales usando una variedad de técnicas y descubrieron que tienen una emisión de borde de banda ligeramente desplazada que podría atribuirse a la relajación estructural. Un estudio preliminar de fotoluminiscencia indica una emisión de borde de banda a 453 nanómetros, que se desplaza ligeramente al rojoen comparación con los cristales a granel. Esto sugiere que se podría lograr un ajuste de color en estas perovskitas híbridas 2D cambiando el grosor de la lámina y la composición a través de la síntesis de materiales relacionados ".
La geometría bien definida de estos cristales 2D de forma cuadrada es la marca de la cristalinidad de alta calidad, y su gran tamaño debería facilitar su integración en dispositivos futuros.
"Con nuestra técnica, también se pueden lograr heteroestructuras verticales y laterales", dice Yang. "Esto abre nuevas posibilidades para el diseño de materiales / dispositivos a escala atómica / molecular con nuevas propiedades distintivas".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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