I ricercatori hanno attirato l'attenzione tre anni fa quando hanno riferito che una perovskite bidimensionale, un materiale con una struttura cristallina specifica, composta da cesio, piombo e bromo emettevano una forte luce verde. I cristalli che producono luce sullo spettro verde sono desiderabili perché la luce verde, pur prezioso in sé, può anche essere convertito relativamente facilmente in altre forme che emettono luce blu o rossa, rendendolo particolarmente importante per le applicazioni ottiche che vanno dai dispositivi emettitori di luce agli strumenti diagnostici sensibili.

Ma non c'era accordo su come il cristallo, CsPb ₂ Br ₅ , ha prodotto la fotoluminescenza verde. Sono emerse diverse teorie, senza una risposta definitiva.

Ora, però, ricercatori degli Stati Uniti, Messico e Cina, guidato da un ingegnere elettrico dell'Università di Houston, hanno riportato sul giornale Materiale avanzato hanno utilizzato sofisticate tecniche ottiche e con celle a incudine diamantate ad alta pressione per determinare non solo il meccanismo dell'emissione di luce, ma anche come replicarla.

Inizialmente hanno sintetizzato CsPb ₂ Br ₅ da un materiale correlato noto come CsPbBr ₃ e ha scoperto che la causa principale dell'emissione di luce è una piccola crescita eccessiva di nanocristalli composti da quel materiale originale, cresce lungo il bordo del CsPb ₂ Br ₅ cristalli. Mentre CsPbBr ₃ , il cristallo di base, è tridimensionale e appare verde sotto la luce ultravioletta, il nuovo materiale, CsPb ₂ Br ₅ , ha una struttura a strati ed è otticamente inattivo.

"Ora che il meccanismo per emettere questa luce è compreso, può essere replicato, " disse Jiming Bao, professore associato di ingegneria elettrica e informatica presso la UH e autore corrispondente dell'articolo. "Entrambi i cristalli hanno la stessa composizione chimica, proprio come il diamante contro la grafite, ma hanno proprietà ottiche ed elettroniche molto diverse. Le persone saranno in grado di integrare i due materiali per realizzare dispositivi migliori".

Le potenziali applicazioni vanno dalle celle solari all'illuminazione a LED e altri dispositivi elettronici.

Bao ha iniziato a lavorare sul problema nel 2016, un progetto che alla fine ha coinvolto 19 ricercatori dell'UH e istituzioni in Cina e Messico. Al tempo, c'erano due scuole di pensiero scientifico sull'emissione di luce dal cristallo di cesio:che emettesse luce verde a causa di un difetto, principalmente una mancanza di bromo, piuttosto che il materiale stesso, o che una variazione era stata introdotta involontariamente, conseguente emissione.

Il suo gruppo ha iniziato con la sintesi di un campione pulito facendo cadere CsPbBr ₃ polvere in acqua, con conseguente cristalli più taglienti. I bordi più nitidi emettevano una luce verde più forte, ha detto Bao.

I ricercatori hanno quindi utilizzato un microscopio ottico per studiare i singoli cristalli del composto, che Bao ha detto ha permesso loro di determinare che sebbene il composto sia trasparente, "stava succedendo qualcosa al limite, con conseguente fotoluminescenza."

Si sono affidati alla spettroscopia Raman, una tecnica ottica che utilizza informazioni su come la luce interagisce con un materiale per determinare le proprietà reticolari del materiale, per identificare i nanocristalli del materiale sorgente originale, CsPbBr ₃ , lungo i bordi del cristallo come fonte di luce.

Bao ha detto CsPbBr ₃ è troppo instabile per essere usato da solo, ma la stabilità della forma convertita non è ostacolata dalla piccola quantità del cristallo originale.

I ricercatori hanno affermato che la nuova comprensione dell'emissione di luce offrirà nuove opportunità per progettare e fabbricare nuovi dispositivi optoelettronici. Le tecniche utilizzate per comprendere il composto di cesio-piombo-alogenuro possono essere applicate anche ad altri materiali ottici per saperne di più su come emettono luce, ha detto Bao.