Os cientistas teorizaram que as perovskitas halogenadas organometálicas - uma classe de materiais "maravilhosos" que captam luz para aplicações em células solares e eletrônica quântica - são tão promissoras devido a um mecanismo invisível, mas altamente controverso, chamado de efeito Rashba. Cientistas do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA agora provaram experimentalmente a existência do efeito em perovskitas em massa, usando rajadas de luz de micro-ondas curtas para produzir e, em seguida, registrar um ritmo, muito parecido com a música, do movimento quântico acoplado de átomos e elétrons nesses materiais.

As perovskitas halogenadas organometálicas foram introduzidas pela primeira vez nas células solares há cerca de uma década. Desde então, eles foram estudados intensamente para uso na colheita de luz, fotônica, e dispositivos de transporte eletrônico, porque eles oferecem propriedades ópticas e dielétricas muito procuradas. Eles combinam o desempenho de alta conversão de energia dos dispositivos fotovoltaicos inorgânicos tradicionais, com os custos de material baratos e métodos de fabricação de versões orgânicas.

Pesquisas até agora levantaram a hipótese de que a eletrônica extraordinária dos materiais, propriedades magnéticas e ópticas estão relacionadas ao efeito Rashba, um mecanismo que controla a estrutura magnética e eletrônica e os tempos de vida do portador de carga. Mas apesar do intenso estudo e debate recentes, evidências conclusivas dos efeitos de Rashba em perovskitas de haleto organometálico em massa, usado nas células solares de perovskita mais eficientes, permaneceu altamente evasivo.

Cientistas do Laboratório Ames descobriram essa evidência usando luz terahertz, rajadas extremamente fortes e poderosas de luz disparando a trilhões de ciclos por segundo, para ligar ou sincronizar uma "batida" do movimento quântico dentro de uma amostra de material; e uma segunda explosão de luz para "ouvir" as batidas, acionar um receptor ultrarrápido para gravar imagens do estado oscilante da matéria. Esta abordagem superou as limitações dos métodos de detecção convencionais, que não tinha resolução ou sensibilidade para capturar a evidência do efeito Rashba oculto na estrutura atômica do material.

"Nossa descoberta resolve o debate sobre a presença de efeitos Rashba:eles existem em materiais de perovskita de haleto de metal a granel." disse Jigang Wang, cientista sênior do Ames Laboratory e professor de física da Iowa State University. "Direcionando os movimentos quânticos de átomos e elétrons para criar bandas divididas de Rashba, alcançamos um salto significativo para a descoberta fundamental do efeito que havia sido escondido por flutuações locais aleatórias, e também abre oportunidades interessantes para aplicações spintrônicas e fotovoltaicas baseadas no controle quântico de materiais perovskita. "

A pesquisa é discutida mais detalhadamente no artigo, "Ultrafast Control of Excitonic Rashba Fine Structure by Phonon Coherence in the Metal Halide Perovskite CH3NH3PbI3, "de autoria de Z. Liu, C. Vaswani, X. Yang, X. Zhao, Y. Yao, Z. Song, D. Cheng, Y. Shi, L. Luo, D.-H. Mudiyanselage, C. Huang, J.-M. Parque, R.H.J. Kim, J. Zhao, Y. Yan, K.-M. Ho, e J. Wang; e publicado em Cartas de revisão física .

Wang e seus colaboradores no Laboratório Ames e no Departamento de Física e Astronomia da Universidade Estadual de Iowa foram responsáveis ​​pela espectroscopia de batimento quântico terahertz, construção de modelo, e simulações teóricas funcionais de densidade. Materiais de perovskita de alta qualidade foram fornecidos pela Universidade de Toledo. Simulações de espectros de fonemas foram realizadas na Universidade de Ciência e Tecnologia da China.