کشف اثری که بازدهی تولید برق از نور را متحول می‌کند

به گزارش برق نیوز، دانشمندان این تئوری را مطرح کرده‌اند که هالید پروسکایت‌های ارگانیک فلزی که مواد شگفت آوری برای تولید الکتریسیته از نور با کاربرد در سلول‌های خورشیدی و الکترونیک کوانتومی هستند، به دلیل یک مکانیسم پنهانی و در عین حال بسیار بحث برانگیز به نام "اثر راشبا" بسیار امیدوارکننده هستند.

دانشمندان آزمایشگاه "ایمز " متعلق به وزارت انرژی ایالات متحده اکنون با استفاده از شلیک‌های کوتاه نور مایکروویو برای تولید و سپس ضبط یک ریتم شبیه موسیقی از حرکت کوانتومی اتم‌ها و الکترون‌ها به طور تجربی وجود این اثر را نشان داده‌اند.

هالید پروسکایت‌های ارگانیک فلزی حدود یک دهه قبل برای اولین بار در سلول‌های خورشیدی معرفی شدند. از آن زمان از آن‌ها در دستگاه‌های برداشت نور، فوتونیک و وسایل حمل و نقل الکتریکی به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفتند، زیرا خواص نوری و دی الکتریک بسیاری را ارائه می‌دهند. آن‌ها ترکیبی از عملکرد تبدیل انرژی بالا از دستگاه‌های فتوولتائیک معدنی سنتی با هزینه مواد ارزان قیمت و روش‌های ساخت نسخه‌های آلی هستند؛ بنابراین محققان می‌گویند خواص الکترونیکی، مغناطیسی و نوری فوق‌العاده این مواد با "اثر راشبا"؛ مکانیسمی که ساختار مغناطیسی، الکترونیکی و طول عمر شارژ را کنترل می‌کند، ارتباط دارد.


دانشمندان آزمایشگاه "ایمز" دریافتند که استفاده از شلیک‌های نور تراهرتز، شلیک‌های بسیار شدید و قدرتمندی در چرخه تریلیون در ثانیه برای روشن یا همگام‌سازی ضرب آهنگ یا ضربان حرکت کوانتومی در یک نمونه مواد ایجاد می‌کند و از یک شلیک دوم نور برای گوش دادن به این ضرب آهنگ و یک گیرنده فوق سریع برای ضبط تصاویر از حالت نوسان ماده استفاده کردند.

این روش بر محدودیت‌های روش‌های تشخیص مرسوم که وضوح یا حساسیت لازم را برای ثبت شواهد اثر پنهان شده راشبا در ساختار اتمی ماده نداشتند، غلبه کرد.

"جیگانگ وانگ" یکی از محققان این مطالعه و دانشمند ارشد آزمایشگاه ایمز و استاد فیزیک در دانشگاه ایالتی آیووا گفت: کشف ما بحث‌ها در مورد حضور "اثر راشبا" را برطرف می‌کند. آن‌ها در توده مواد هالید پروسکایت فلزی وجود دارند. با هدایت حرکات کوانتومی اتم‌ها و الکترون‌ها برای مهندسی تقسیم باند راشبا، ما به یک جهش چشمگیر در جهت کشف اساسی اثری که توسط نوسانات تصادفی پنهان شده بود، رسیدیم و همچنین فرصت‌های مهیجی را به روی کاربرد‌های اسپینترونیک و فتوولتائیک مبتنی بر کنترل کوانتومی مواد پروسکایت باز می‌کنیم.

وانگ و همکارانش در آزمایشگاه ایمز و گروه فیزیک و نجوم دانشگاه آیووا مسئولیت طیف سنجی ضربان کوانتومی تراهرتز، ساخت مدل و شبیه سازی‌های نظری را بر عهده داشتند. مواد پروسکایت با کیفیت بالا توسط دانشگاه تولدو (Toledo) در اسپانیا تهیه شد و شبیه سازی طیف فوتون نیز در دانشگاه علم و فناوری چین انجام شد.