Uma coluna de moléculas de cristal líquido pode formar a base de uma nova geração de detectores de luz flexíveis que têm respostas ultrarrápidas, uma equipe totalmente RIKEN demonstrou.

Células solares convencionais e detectores de luz são baseados no efeito fotovoltaico - um fenômeno no qual a luz gera elétrons de condução e suas contrapartes positivas, furos, em um semicondutor. Eles consistem em um material que doa elétrons e um material que os aceita. Elétrons e buracos são separados na interface, resultando na geração de uma corrente elétrica.

Mas outro efeito, conhecido como efeito fotovoltaico em massa, pode gerar uma corrente usando apenas um tipo de material. Ele também responde muito rapidamente à luz e gera uma corrente altamente constante. Essas vantagens podem levar a uma nova geração de células solares e detectores de luz.

O efeito fotovoltaico em massa foi estudado principalmente em materiais inorgânicos, uma vez que ocorre apenas em cristais que não possuem um centro de simetria de inversão, que exclui a maioria dos materiais orgânicos. Mas os compostos orgânicos oferecem vantagens como flexibilidade e a capacidade de ajustar facilmente o comprimento de onda em que ocorre o efeito fotovoltaico em massa.

"O efeito fotovoltaico em massa é observado apenas em polar, materiais não centrosimétricos, mas os materiais orgânicos tendem a formar preferencialmente não polares, cristais centrosimétricos, "explica Daigo Miyajima do RIKEN Center for Emergent Matter Science." Portanto, tivemos que encontrar uma maneira de quebrar essa simetria. "

Anteriormente, Miyajima e alguns colegas de trabalho fizeram uma coluna de cristal líquido consistindo de moléculas em forma de leque empilhadas umas sobre as outras, nas quais a simetria foi quebrada por ligações de hidrogênio entre grupos de amida. Mas ele absorveu luz apenas na faixa ultravioleta.

Agora, mexendo na composição da molécula de base desse cristal líquido orgânico, os pesquisadores conseguiram observar o efeito fotovoltaico em massa no cristal líquido colunar em uma ampla faixa de comprimento de onda, que atinge comprimentos de onda vermelhos no espectro visível.

Embora as moléculas formem espontaneamente conjuntos simétricos, os pesquisadores demonstraram que a simetria pode ser quebrada simplesmente aplicando um campo elétrico. Eles descobriram que, sob esta condição, a corrente no cristal líquido saltou cerca de 6, 600 vezes quando a luz brilhou sobre ele. Isso é semelhante à resposta dos detectores de luz com base no efeito fotovoltaico convencional, mas pode ser realizado em um dispositivo que possui uma estrutura muito mais simples.

A equipe agora está tentando fazer dispositivos em substratos flexíveis. "Porque nosso material é um cristal líquido, é tolerante a flexão ou alongamento, "Miyajima observa.