Sfruttare l'energia della luce solare può essere semplice come sintonizzare le proprietà ottiche ed elettroniche degli ossidi metallici a livello atomico creando un cristallo artificiale o un "sandwich" super-reticolo, afferma un ricercatore della Binghamton University in un nuovo studio pubblicato sulla rivista Revisione fisica B .

"Gli ossidi metallici sono economici, abbondante e' verde, '" ha detto Louis Piper, assistente professore di fisica alla Binghamton University. "E come ha dimostrato lo studio, abbastanza versatile. Con il tocco giusto, gli ossidi metallici possono essere personalizzati per soddisfare ogni tipo di esigenza, che è una buona notizia per le applicazioni tecnologiche, in particolare nella generazione di energia e nei display a schermo piatto."

Ecco come funziona:i semiconduttori sono una classe importante di materiali tra metalli e isolanti. Sono definiti dalla dimensione del loro gap di banda, che rappresenta l'energia necessaria per eccitare un elettrone dal guscio occupato a un guscio non occupato dove può condurre elettricità. La luce visibile copre una gamma da 1 (infrarossi) a 3 (ultravioletti) elettronvolt. Per conduttori trasparenti, è richiesto un ampio gap di banda, mentre per la fotosintesi artificiale, è necessaria una banda proibita corrispondente alla luce verde. Gli ossidi metallici forniscono un mezzo per adattare il band gap.

Ma mentre gli ossidi metallici sono molto bravi nella conduzione degli elettroni, sono conduttori "buchi" molto scadenti. I buchi si riferiscono all'assenza di elettroni, e può condurre una carica positiva. Per massimizzare il loro potenziale tecnologico, soprattutto per la fotosintesi artificiale e l'elettronica invisibile, sono richiesti ossidi metallici conduttori di fori.

Sapendo questo, Piper ha iniziato a studiare i sistemi di ossidi metallici a strati, che può essere combinato per "drogare" selettivamente (sostituire un piccolo numero di un tipo di atomo nel materiale), o 'sintonizzare' (controllare la dimensione del gap di banda). Un lavoro recente ha rivelato che un super-reticolo di due ossidi di rame conduttori di lacune potrebbe coprire l'intero spettro solare. L'obiettivo è migliorare le prestazioni utilizzando alternative in metallo rispettose dell'ambiente ed economiche.

Ad esempio, l'ossido di indio è uno degli ossidi più utilizzati nella produzione di rivestimenti per schermi piatti e celle solari. Può condurre molto bene gli elettroni ed è trasparente. Ma è anche raro e molto costoso. L'attuale ricerca di Piper mira all'utilizzo di strati di ossido di stagno molto più economici per ottenere la conduzione di elettroni e lacune con trasparenza ottica.

Ma secondo Piper, la sua ricerca mostra che un guanto non si adatta a tutti gli scopi.

"Sarà un caso di serio lavoro investigativo, " ha detto Piper. "Stiamo lavorando in un mondo in cui la fisica e la chimica si sovrappongono. E abbiamo raggiunto il limite teorico dei nostri calcoli e processi fondamentali. Ora dobbiamo controllare quei calcoli e vedere dove ci mancano le cose. Credo che troveremo quei pezzi mancanti giocando con gli ossidi di metallo".

Rinforzando le "parti buone" degli ossidi metallici e minimizzando i punti grezzi, Piper è convinta che lo sviluppo di nuovi ed entusiasmanti tipi di ossidi metallici che possono essere personalizzati per applicazioni specifiche sia alla nostra portata.

"Stiamo parlando di accumulo di batterie, celle a combustibile, tecnologia touch screen e tutti i tipi di interruttori per computer, " ha detto Piper. "Siamo nel mezzo di una corsa all'oro molto importante ed è molto eccitante far parte di quella corsa per diventare ricchi. Ma prima dobbiamo capire cosa non sappiamo prima di poter capire cosa facciamo. Una cosa è certa:gli ossidi di metallo sono la chiave. E credo che noi della Binghamton University possiamo contribuire a questi sforzi facendo una buona scienza e adottando un approccio moralmente consapevole".