Een team van wetenschappers, waaronder Dipankar Mandal en Zinnia Mallick, heeft een innovatief loodvrij materiaal ontwikkeld dat significante mogelijkheden biedt voor de toekomst van energieopwekking en opto-elektronica. Het gaat om een specifiek type gelaagd halideperovskiet, bekend als (3-fluorbenzylamine)₂CuCl₄, dat een bijzondere interactie vertoont tussen licht en warmte.
Volgens een publicatie op arxiv.org combineert dit nieuwe materiaal ferroelektrische eigenschappen met pyro-fototronische functies binnen één enkele structuur. Een cruciaal kenmerk van deze ontdekking is dat het materiaal een faseovergang vertoont bij temperaturen die ruim boven het niveau van een gemiddelde cambridge.org liggen. De overgang van een ferroelektrische naar een paraelektrische staat, ook wel het transitiepunt genoemd, vindt plaats rond de 412 Kelvin. Dit betekent dat het materiaal stabiel en functioneel blijft bij temperaturen die aanzienlijk hoger zijn dan de standaardomgeving waarin apparaten doorgaans worden gebruikt.
De unieke eigenschappen van het materiaal worden mede veroorzaakt door de moleculaire opbouw. Er is gebruikgemaakt van gedeeltelijk gefluorineerde aromatische ringen die in spiraalvormige, ofwel helicoidale, ketens zijn gerangschikt. Deze specifieke geometrie biedt de nodige flexibiliteit voor energieoverdracht en stelt onderzoekers in staat om de pyro-fototronische respons aan te passen wanneer het materiaal wordt blootgesteld aan licht.
In de praktijk leidt deze combinatie van thermische en optische effecten tot een zeer sterke respons. Wanneer het materiaal wordt bestraald met UV-zichtbaar licht, specifiek bij een golflengte van circa 365 nm en een vermogen van 27 mW, kan een pyro-fototronische stroom van 60 nA worden gegenereerd. Deze resultaten zijn gedetailleerd beschreven in de van de onderzoeksgroep. Om deze processen te bewijzen, maakten de wetenschappers gebruik van piezo response force microscopy (PFM), waarmee zij konden vaststellen dat de polaire domeinen in het materiaal reversibel reageren op het aan- en uitschakelen van de lichtbron.
De potentie van dit loodvrije perovskiet is groot, vooral omdat het een milieuvriendelijker alternatief vormt voor traditionele perovskieten die vaak giftig lood bevatten. De auteurs van het onderzoek op zien diverse toepassingsgebieden voor deze technologie. Zo zou het materiaal ingezet kunnen worden in optische geheugens, waarbij informatie via lichtinteracties wordt beheerd, of in systemen die van kleur veranderen onder invloed van warmte of licht (thermo- en photo-chromische systemen).
Daarnaast biedt de ontdekking nieuwe kansen voor de ontwikkeling van efficiëntere opto-elektronische componenten en zogenaamde 'energy-harvesters'. Dit zijn apparaten die in staat zijn om energie uit de directe omgeving, zoals restwarmte en licht, op te vangen en om te zetten in bruikbare elektriciteit. De volledige technische specificaties en de synthese van het materiaal zijn terug te vinden in de van de onderzoekers.