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(noticias nanowerk) Al controlar la disposición de múltiples capas orgánicas e inorgánicas dentro de los cristales utilizando una técnica novedosa, investigadores de la Universidad de Duke y la Universidad Purdue han demostrado que pueden controlar los niveles de energía de los electrones y los huecos (portadores de carga positiva) dentro de una clase de materiales llamados perovskitas. Esta sintonización afecta las propiedades optoelectrónicas de los materiales y su capacidad para emitir luz de energías específicas, lo que se refleja en su capacidad para actuar como fuente láser.
Aparece en el diario quimica natural (“Control de espesor de perovskitas incorporadas en semiconductores orgánicos”), la investigación es el resultado de una estrecha colaboración entre varios equipos experimentales y teóricos. Los equipos experimentales sintetizan los materiales y caracterizan sus propiedades, mientras que el equipo teórico realiza simulaciones por computadora para predecir la estructura electrónica y las propiedades de los materiales.
![Un gráfico generado por computadora de la estructura atómica de la clase emergente de perovskitas.](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id63570_1.jpg)
Una base importante del trabajo computacional es la inversión a largo plazo en la creación de códigos de simulación computacional para propiedades de materiales. «Hemos invertido casi 20 años para poder realizar este tipo de cálculos en sistemas más grandes», dijo Volker Blum, profesor asociado de ingeniería mecánica y ciencia de materiales en Duke. «Este estudio implicó la simulación de estructuras con hasta aproximadamente 900 átomos utilizando una metodología avanzada que requiere potentes supercomputadoras capaces de realizar algunos de los cálculos más grandes del planeta».
Los materiales de perovskita son una clase de compuestos que han atraído mucha atención en la ciencia de materiales debido a sus propiedades únicas, particularmente en el campo de los semiconductores. Estos materiales se caracterizan por su estructura cristalina específica y pueden utilizarse en aplicaciones como diodos emisores de luz (LED), células solares y láseres.
El objetivo del artículo es el refinamiento del control estructural de materiales de perovskita en capas con incorporación de semiconductores orgánicos. Si bien estos tipos de perovskitas se han fabricado con capas discretas de componentes orgánicos e inorgánicos anteriormente (incluso en la investigación pionera de David B. Mitzi, ahora profesor de Duke), existe la posibilidad de aumentar el espesor del componente inorgánico y, por lo tanto, La capacidad de adaptar las propiedades del material sigue siendo hasta ahora inalcanzable para estas “perovskitas con semiconductores orgánicos integrados” más complejas.
Según sus conclusiones, los componentes orgánicos añadidos a las capas inorgánicas afectan a las propiedades de los semiconductores, como los niveles de energía y la emisión de luz. Al controlar cuidadosamente la disposición de los átomos y el número de capas en estas estructuras, los investigadores pueden adaptar las propiedades ópticas y electrónicas del material resultante.
Su investigación también aborda los desafíos de sintetizar estos materiales, incluida la necesidad de mezclar diferentes componentes que pueden no disolverse fácilmente en el mismo solvente, como intentar mezclar aceite y sal en agua. Lograr una estratificación y alineación precisas en estructuras más grandes es cada vez más complejo.
«Es como tomar sal y aceite de oliva y tratar de mezclarlos con agua», explicó Blum. “Uno se disuelve y el otro no. Y si intentas utilizar gasolina en lugar de agua, acabas con el mismo problema. Nuestros colaboradores pudieron encontrar una manera de disolverse y secarse y formar cristales ordenados, y pudimos modelar estos cristales para explicar cómo funcionan”.
Mientras Blum dirigió los esfuerzos para simular y caracterizar computacionalmente estos materiales, Letian Dou, profesor asociado de ingeniería química Charles Davidson en la Universidad Purdue, dirigió el esfuerzo general para sintetizar y caracterizar estas estructuras de perovskita en capas.
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