Una colonna di molecole di cristalli liquidi potrebbe costituire la base di una nuova generazione di rivelatori di luce flessibili che hanno risposte ultrarapide, una squadra tutta RIKEN ha dimostrato.

Le celle solari convenzionali e i rilevatori di luce si basano sull'effetto fotovoltaico, un fenomeno in cui la luce genera elettroni di conduzione e le loro controparti positive, buchi, in un semiconduttore. Sono costituiti da un materiale che dona elettroni e un materiale che li accetta. Elettroni e lacune vengono separati all'interfaccia, con conseguente generazione di corrente elettrica.

Ma un altro effetto, noto come effetto fotovoltaico bulk, può generare una corrente utilizzando un solo tipo di materiale. Inoltre risponde molto rapidamente alla luce e genera una corrente altamente costante. Questi vantaggi potrebbero portare a una nuova generazione di celle solari e rilevatori di luce.

L'effetto fotovoltaico bulk è stato studiato principalmente nei materiali inorganici poiché si verifica solo nei cristalli che mancano di un centro di simmetria di inversione, che esclude la maggior parte dei materiali organici. Ma i composti organici offrono vantaggi come la flessibilità e la capacità di sintonizzare facilmente la lunghezza d'onda alla quale si verifica l'effetto fotovoltaico di massa.

"L'effetto fotovoltaico di massa si osserva solo in zone polari, materiali non centrosimmetrici, ma i materiali organici tendono a formare preferenzialmente non polari, cristalli centrosimmetrici, " spiega Daigo Miyajima del RIKEN Center for Emergent Matter Science. "Quindi, abbiamo dovuto trovare un modo per rompere questa simmetria".

In precedenza, Miyajima e alcuni collaboratori avevano realizzato una colonna di cristalli liquidi costituita da molecole a forma di ventaglio impilate l'una sull'altra in cui la simmetria era rotta da legami idrogeno tra gruppi ammidici. Ma ha assorbito la luce solo nella gamma dell'ultravioletto.

Ora, armeggiando con la composizione della molecola di base di questo cristallo liquido organico, i ricercatori sono riusciti a osservare l'effetto fotovoltaico di massa nel cristallo liquido colonnare su un ampio intervallo di lunghezze d'onda, che raggiunge lunghezze d'onda rosse nello spettro visibile.

Sebbene le molecole formino spontaneamente insiemi simmetrici, i ricercatori hanno dimostrato che la simmetria può essere rotta semplicemente applicando un campo elettrico. Hanno scoperto che in questa condizione la corrente nel cristallo liquido è saltata di circa 6, 600 volte quando la luce è stata illuminata su di esso. Questo è simile alla risposta dei rilevatori di luce basati sull'effetto fotovoltaico convenzionale, ma potrebbe essere realizzato in un dispositivo che ha una struttura molto più semplice.

Il team sta ora cercando di realizzare dispositivi su substrati flessibili. "Poiché il nostro materiale è un cristallo liquido, è tollerante a piegarsi o allungarsi, "Note di Miyajima.