Para crear la próxima generación de paneles solares y otros dispositivos impulsados por la luz, los científicos deben modelar cómo ocurren las interacciones complejas. El modelado a través de diferentes escalas, desde átomos individuales hasta sistemas muy grandes con miles de átomos, proporciona información necesaria. En un artículo de revisiónen Revisiones químicas , un equipo de científicos evaluó el estado del arte para los cálculos utilizados para modelar estados electrónicos en películas extremadamente delgadas. Los cálculos y los modelos resultantes arrojan nueva luz sobre las propiedades electrónicas y ópticas predichas relevantes y los procesos dinámicos impulsados por la luz. Por ejemplo,Los científicos desarrollaron modelos que condujeron a principios de diseño racional para mejores paneles solares y otras tecnologías de conversión de energía solar.
Este artículo de revisión proporciona una ventanilla única para comprender el estado de la ciencia y destaca los próximos desafíos computacionales, como la simulación de grandes cantidades de átomos y fenómenos que cruzan escalas, como las interacciones a escala atómica que influyen en áreas mucho más grandes.
Los científicos revisaron los cálculos de la estructura electrónica de los procesos impulsados por la luz en nanoestructuras orgánicas y semiconductoras. También revisaron cómo estos cálculos han fomentado nuestra comprensión de las propiedades ópticas y la dinámica de excitación de las nanoestructuras. En la revisión, estas nanoestructuras van desde nanocristales llamados cuánticospuntos con dimensionalidad cero a nanotubos y cadenas de polímeros aislados de semiconductores orgánicos que son materiales cuasi unidimensionales. El tamaño, la forma y la topología de estas nanoestructuras controlan sus propiedades.
La dimensionalidad define el "confinamiento cuántico" en estas nanoestructuras y afecta la estructura electrónica y la "fotofísica". Por ejemplo, el tamaño del punto cuántico determina el confinamiento de la excitación electrónica es decir, la brecha de banda electrónica depende en gran medida del tamaño del punto cuántico. Además, los factores que van desde la química de la superficie hasta el desorden estructural afectan las propiedades electrónicas, así como la recolección de luz y el transporte de portadores en dispositivos de conversión de energía solar. Los científicos destacaron cómo la teoría,el modelado y la simulación pueden complementar los experimentos para comprender y explotar completamente las propiedades electrónicas y estructurales.
Sin embargo, los autores identificaron desafíos que van desde el número computacionalmente inmanejable de átomos en nanoestructuras a gran escala hasta la complejidad y la naturaleza multiescala de fenómenos ópticos importantes que deben superarse.
Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los EE. UU. Oficina de Ciencias Básicas de la Energía puntos cuánticos y el Centro de Nanotecnologías Integradas, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE; Laboratorio Nacional de Los Alamos LaboratorioInvestigación dirigida y desarrollo; la National Science Foundation nanotubos funcionalizados de pared simple; y la beca de investigación Alfred P. Sloan trabajo de polímeros.
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Materiales proporcionado por Departamento de Energía, Oficina de Ciencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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