Fig. 1. Diagrama esquemático ilustrando o princípio da microscopia de força eletrostática resolvida no tempo com sincronização da ponta. Crédito:Universidade de Osaka
Uma equipe de pesquisa da Universidade de Osaka desenvolveu um método aprimorado para produzir imagens de microscópio que podem detectar elétrons velozes passando por nanomateriais usados em painéis solares. Ao aplicar luz laser ao dispositivo nos momentos certos, este grupo alcançou resolução de tempo de nanossegundos pela primeira vez, mantendo a ampliação. Este trabalho pode melhorar a qualidade de materiais fotovoltaicos para dispositivos como painéis solares, ajudando a identificar e eliminar ineficiências durante o processo de fabricação.
As câmeras de vigilância são onipresentes, e extremamente valioso para a polícia ao tentar capturar ladrões. Contudo, câmeras que gravam apenas um único quadro de filme por minuto seriam inúteis para prender ladrões velozes que conseguem fugir em menos de sessenta segundos. Os painéis solares aproveitam a energia do sol quando os elétrons ficam excitados para um nível de energia mais alto, deixando um vazio, ou "buraco", atrás. Contudo, se um elétron se recombina com um orifício antes de atingir o eletrodo, a energia colhida é perdida, "roubando" o dispositivo de eficiência crítica.
Os métodos de microscopia disponíveis atualmente são lentos demais para detectar os canalhas em flagrante. Então, a equipe de Osaka usou microscopia de força eletrostática (EFM), em que um minúsculo, a ponta vibratória do cantilever torna-se sensível às cargas elétricas que passam por baixo dela. EFM ainda é geralmente muito lento para observar elétrons e buracos em movimento, mas sua inovação principal foi aplicar pulsos de laser sincronizados que atingiram a amostra no mesmo ponto de oscilação do cantilever. Ao alterar o tempo de atraso entre o início do ciclo e o pulso de laser, eles foram capazes de criar um filme com quadros de até 300 nanossegundos. "Esta é a primeira vez que alguém foi capaz de combinar resolução de tempo de nanossegundos sem sacrificar a ampliação, "disse o autor principal Kento Araki.
Fig. 2. Imagens de microscopia de força eletrostática resolvida no tempo de filmes finos fotovoltaicos orgânicos de camada dupla. A etapa do quadro é de 300 ns. O filme indica claramente que a carga gerada em uma camada se dissipa e o vale na borda da camada aparece como a evolução do tempo após a excitação da luz pulsante. Crédito:Universidade de Osaka
Quando os pesquisadores investigaram a "cena do crime", eles foram capazes de obter evidências de vídeo da recombinação enquanto ela estava ocorrendo. Este método pode ser extremamente útil para projetar painéis solares mais eficientes, reduzindo as perdas de energia devido à recombinação. De acordo com o autor sênior Takuya Matsumoto, "a pesquisa também é potencialmente útil para o estudo de catalisadores ou baterias que dependem de ativação de luz."
O artigo, "Microscopia de força eletrostática resolvida no tempo usando geração de carga sincronizada com a ponta com excitação a laser pulsado, "foi publicado em Física das Comunicações .
