Dos defeitos à ordem:arranjos cristalinos emergentes espontaneamente em haletos de perovskita
A engenharia de ordem de defeitos representa uma estratégia promissora para controlar as propriedades ópticas de perovskitas. Crédito:Tokyo Tech As perovskitas estão entre os materiais mais extensivamente estudados na moderna ciência dos materiais. Suas propriedades muitas vezes únicas e exóticas, que derivam da estrutura cristalina peculiar da perovskita, podem encontrar aplicações revolucionárias em vários campos de ponta. Uma forma intrigante de realizar tais propriedades é através da ordenação precisa dos defeitos de uma perovskita, como vagas ou substituições.
Na química dos óxidos, os cientistas sabem há muito tempo que os defeitos do óxido podem organizar-se espontânea e consistentemente ao longo da rede cristalina, uma vez que atingem certas concentrações (por exemplo, proporção inteira). Esta ordem emergente pode dar origem a propriedades atraentes. Embora a ordenação de defeitos tenha sido observada inúmeras vezes em óxidos de perovskita, o mesmo não pode ser dito sobre perovskitas haleto híbridas, compostas por um cátion orgânico, um cátion metálico e um ânion haleto.
Em um estudo publicado na ACS Materials Letters , uma equipe de pesquisa incluindo o professor associado Takafumi Yamamoto do Instituto de Tecnologia de Tóquio descobriu uma nova perovskita haleto em camadas ordenada por defeitos, lançando luz sobre como a ordem pode surgir através de defeitos nesses compostos.
Este trabalho foi inspirado numa descoberta anterior reportada pelos investigadores, nomeadamente a formação de 'colunas de defeitos' obtidas pela introdução do ião tiocianato (SCN
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) na rede cristalina de FAPbI3 para obter FA6 Pb4 Eu13,5 (SCN)0,5 .
“Nós levantamos a hipótese de que, se a concentração de SCN na rede aumentasse, a quantidade de defeitos colunares de PbI também aumentaria, levando a diferentes tipos de ordenação de defeitos, como visto em óxidos de perovskita ordenados por vagas”, explica o Dr.
A equipe sintetizou FAPbI3 pós de perovskita e cristais únicos por meio de reações de estado sólido usando concentrações precisamente definidas de materiais de partida, incluindo proporções específicas de SCN
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. Eles descobriram que quando uma proporção apropriadamente alta de SCN
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foi utilizada, a perovskita obtida foi representada pela fórmula FA4 Pb2 Eu7,5 (SCN)0,5 .
Este composto em camadas, como o relatado anteriormente, também exibiu defeitos colunares abrangendo todas as camadas empilhadas. No entanto, ao contrário de FA6 Pb4 Eu13,5 (SCN)0,5 , em que um quinto das colunas PbI foram desertadas ordenadamente, um terço de todas as colunas no novo FA4 Pb2 Eu7,5 (SCN)0,5 eram defeitos.
A principal novidade desta descoberta é que o novo composto, juntamente com o anterior, forma o que é conhecido como “série homóloga”. Isso significa que variações sistemáticas da fórmula química do composto, que podem ser representadas por meio de variáveis inteiras, resultam em mudanças sistemáticas em suas propriedades. Nesse caso, os pesquisadores descobriram que o bandgap óptico do material aumentava com a concentração de defeitos ordenados na rede.
Vale ressaltar que este trabalho apresenta a primeira série homóloga baseada na ordenação de defeitos encontrada para perovskitas híbridas orgânico-inorgânicas. "Este estudo fornece um novo playground para a engenharia de defeitos em compostos híbridos de perovskita orgânico-inorgânico. Acreditamos que este novo campo tem potencial para se desenvolver por uma analogia com a ordenação de defeitos já vista em óxidos de perovskita, "observa o Dr.
"Também fornecemos uma nova estratégia para controlar as ordenações de defeitos para ajustar as propriedades ópticas de uma perovskita, incorporando SCN
–
."
Os pesquisadores esperam que essas descobertas se traduzam em progresso em uma área interessante da ciência dos materiais, levando, em última análise, a novas perovskitas com qualidades úteis para tecnologias de próxima geração.
