Исследователям впервые удалось увидеть процесс формирования поляронов и измерить их основные характеристики

Поляроны в кристаллической решетке

Исследователи из Национальной лаборатории линейных ускорителей SLAC Стэнфордского университета использовали один из имеющихся в их распоряжении рентгеновских лазеров для того, чтобы отследить процесс возникновения и формирования так называемых поляронов, а также измерить основные характеристики этих образований. Поляроны — это деформации кристаллической решетки материала, которые возникают вокруг движущихся свободных электронов и исчезают без следа спустя триллионные доли секунды. Несмотря на столь короткую «продолжительность жизни», эти деформации, по предположениям ученых, затрагивают некоторые свойства материала и изменяют его поведение, в частности, реакцию на фотоны света, что особенно сильно проявляется в материалах, относящихся к классу перовскитов.

Перовскиты — это прозрачные материалы, название которых унаследовано от перовскита, прозрачного минерала естественного происхождения. Около десяти лет назад было замечено, что включение материалов этого класса в состав солнечных батарей позволяет значительно увеличить коэффициент преобразования света в электричество. Однако, работа с этим материалам вызывает массу проблем, эти материалы нестабильны, они деградируют и быстро разрушаются под воздействием воздуха, также они содержат в своем составе свинец, токсичный металл, контакта которого с окружающей средой не стоит допускать лишний раз.

Но именно в кристаллах перовскита, синтезированного в одной из лабораторий Стэнфордского университета, первый раз были замечены поляроны. Ученые использовали для этого источник LCLS (Linac Coherent Light Source), самый мощный и быстрый рентгеновский лазер на свободных электронах, который способен обеспечить съемку внутри материалов практически с атомарной разрешающей способностью и запечатлеть движения атомов на временной шкале в миллионную долю от миллиардной доли секунды.

Во время эксперимента кристалл перовскита освещался светом обычного лазера, за импульсом которого сразу же следовал синхронизированный импульс рентгеновского лазера, который и позволил увидеть реакцию образца материала на свет. Было установлено, что материал начинает реагировать на свет с задержкой, измеряющейся десятками триллионных долей секунды. А реакция материала заключается в начале формирования поляронных деформаций, которые сначала имеют размер, сопоставимый с расстоянием между двумя соседними атомами в кристаллической решетке, а затем быстро расширяются до диаметра около 5 миллиардных долей метра, что приблизительно соответствует ширине 10 атомных слоев. При этом, процесс формирования полярона очень быстр, он происходит всего за несколько пикосекунд.

И в заключении отметим, что повышенный интерес со стороны ученых к данному явлению объясняет то, что поляроны могут быть именно той причиной, почему солнечные батареи, изготовленные из гибридных перовскитов, демонстрируют присущую им высокую эффективность. И знание того, как эти деформации кристаллической решетки формируются, развиваются, плюс знание их параметров, таких, как форма, размер и время существования, позволят ученым найти ответы на множество вопросов, что, в свою очередь, в будущем сделает область солнечной энергетики более эффективной и рентабельной с экономической точки зрения.

Share Button

Материалы по теме:

Впервые квантовые флуктуации были измерены при помощи подвижного 40-килограммового зеркала
Современная физика разделена на две области - на область классической физики, которая описывает работу больших объектов и систем в масштабе, который мы каждый день ...
Ученые собрались превратить свет в материю при помощи мощных лазеров
Ученые-физики из Имперского колледжа в Лондоне готовятся к проведению ряд экспериментов, целью которых является подтверждение одной из теорий, выдвинутой 84 года назад. Эта теория, ...
Исследователи CERN обнаружили первый экзотический «слабоочарованный» тетракварк
Оборудование эксперимента LHCb Большого Адронного Коллайдера позволяет ученым Европейской организации ядерных исследований CERN обнаруживать все более экзотические комбинации кварков, частиц, которые объединяясь, формируют более ...
Ученые «нарисовали» портрет Моны Лизы при помощи генетически модифицированных бактерий E. Coli
Итальянские ученые создали этот портрет Моны Лизы при помощи бактерий вида E. Coli, специально для этого модифицированных на генетическом уровне. Отметим, что все это ...
Установлен новый официальный рекорд в области высокотемпературной сверхпроводимости
Ученым из Германии недавно удалось установить новый рекорд в области высокотемпературной сверхпроводимости, они добились отсутствия электрического сопротивления материала при температуре в 250 Кельвинов (-23 ...
You can skip to the end and leave a response. Pinging is currently not allowed.

Leave a Reply

Яндекс.Метрика