p Uma quase-partícula chamada exciton - responsável pela transferência de energia dentro de dispositivos como células solares, LEDs, e circuitos semicondutores - foram entendidos teoricamente por décadas. Mas o movimento do exciton dentro dos materiais nunca foi observado diretamente. p Agora, os cientistas do MIT e do City College of New York alcançaram essa façanha, imagem dos movimentos dos excitons diretamente. Isso pode permitir pesquisas que levem a avanços significativos na eletrônica, eles dizem, bem como uma melhor compreensão dos processos naturais de transferência de energia, como a fotossíntese.

p A pesquisa é descrita esta semana na revista. Nature Communications , em um artigo de coautoria dos pós-doutorandos do MIT Gleb Akselrod e Parag Deotare, professores Vladimir Bulovic e Marc Baldo, e quatro outros.

p "Esta é a primeira observação direta dos processos de difusão de excitons, "Bulovic diz, "mostrando que a estrutura do cristal pode afetar dramaticamente o processo de difusão."

p "Os Excitons estão no centro dos dispositivos relevantes para a tecnologia moderna, "Akselrod explica:As partículas determinam como a energia se move em nanoescala." A eficiência de dispositivos como fotovoltaicos e LEDs depende de quão bem os excitons se movem dentro do material, " ele adiciona.

p Um exciton, que viaja pela matéria como se fosse uma partícula, emparelha um elétron, que carrega uma carga negativa, com um lugar onde um elétron foi removido, conhecido como buraco. Geral, tem uma carga neutra, mas pode transportar energia. Por exemplo, em uma célula solar, um fóton que chega pode atingir um elétron, chutando-o para um nível de energia mais alto. Essa energia superior é propagada através do material como um exciton:as próprias partículas não se movem, mas a energia impulsionada é passada de um para o outro.

p Embora fosse possível determinar o quão rápido, na média, excitons podem mover-se entre dois pontos, "realmente não tínhamos nenhuma informação sobre como eles chegaram lá, "Akselrod diz. Essas informações são essenciais para entender quais aspectos da estrutura de um material, por exemplo, o grau de ordem ou desordem molecular - pode facilitar ou retardar esse movimento.

p "As pessoas sempre assumiram certo comportamento dos excitons, "Deotare diz. Agora, usando essa nova técnica - que combina microscopia óptica com o uso de compostos orgânicos específicos que tornam a energia dos excitons visível - "podemos dizer diretamente com que tipo de comportamento os excitons estavam se movendo". Esse avanço proporcionou aos pesquisadores a capacidade de observar qual dos dois tipos possíveis de movimento de "salto" estava realmente ocorrendo.

p "Isso nos permite ver coisas novas, "Deotare diz, tornando possível demonstrar que a estrutura em nanoescala de um material determina a rapidez com que os excitons ficam presos à medida que se movem através dele.

p Para alguns aplicativos, como LEDs, Deotare diz, é desejável maximizar esse trapping, para que a energia não seja perdida por vazamento; para outros usos, como células solares, é essencial minimizar o aprisionamento. A nova técnica deve permitir aos pesquisadores determinar quais fatores são mais importantes para aumentar ou diminuir esse aprisionamento.

p "Mostramos como o fluxo de energia é impedido pela desordem, que é a característica definidora da maioria dos materiais para células solares e LEDs de baixo custo, "Baldo diz.

p Enquanto esses experimentos foram realizados usando um material chamado tetraceno - um arquétipo bem estudado de um cristal molecular - os pesquisadores dizem que o método deve ser aplicável a quase qualquer material cristalino ou de película fina. Eles esperam que seja amplamente adotado por pesquisadores na academia e na indústria.

p "É uma técnica muito simples, uma vez que as pessoas aprendam sobre isso, "Akselrod diz, "e o equipamento necessário não é tão caro."

p A difusão de exciton também é um mecanismo básico subjacente à fotossíntese:as plantas absorvem energia dos fótons, e essa energia é transferida por excitons para áreas onde pode ser armazenada na forma química para uso posterior no apoio ao metabolismo da planta. O novo método pode fornecer uma ferramenta adicional para estudar alguns aspectos deste processo, a equipe diz.