Группа учёных разработала новый мощный спектроскопический метод, который позволяет отслеживать в режиме реального времени, как перовскитные наноматериалы изменяются под воздействием света. Исследование [опубликовано](https://www.nature.com/articles/s41467-025-60313-3) в журнале Nature Communications.
Метод асинхронной и интерферометрической спектроскопии переходного поглощения (AI-TA)
Метод, получивший название асинхронная и интерферометрическая спектроскопия переходного поглощения (AI-TA), обеспечивает сверхбыстрые измерения динамики возбужденного состояния и структурных трансформаций в светочувствительных материалах. Он преодолевает основные ограничения традиционной сверхбыстрой спектроскопии, которая часто требует длительного времени сбора данных и может повреждать светочувствительные образцы во время измерений.
Команда исследователей
Команда Центра молекулярной спектроскопии и динамики (CMSD) Института фундаментальных наук (IBS) возглавлялась директором Чо Минхэнгом (профессор химии, Корейский университет) и профессором Юн Тай Хюном (кафедра физики, Корейский университет).
«Мы можем теперь одновременно наблюдать не только то, как материал реагирует на свет, но и как он трансформируется во время самой реакции», — объяснил директор Чо Минхэн. «Это делает AI-TA мощным инструментом для анализа сложных наномасштабных процессов в реальном времени».
Перовскитные материалы
Перовскитные материалы считаются перспективными кандидатами для оптоэлектронных устройств нового поколения, таких как солнечные батареи и светодиоды. Традиционные фемтосекундные (10$^{-15}$ секунд) лазерные методы позволяют наблюдать их динамику носителей заряда, отражающую химические и физические свойства.
Однако такие свойства очень чувствительны к внешним факторам, таким как свет, что затрудняет изучение их поведения в реальных условиях. Особенно для сверхбыстрой спектроскопии лазерные импульсы, используемые для наблюдения, могут ухудшать или изменять образец.
Команда IBS решила эту проблему, значительно сократив время измерения с помощью AI-TA, который использует два точно синхронизированных лазера для захвата спектрально и временно разрешенных снимков переходного состояния материала.
Наблюдаемые явления
С помощью этой методики исследователи IBS могли наблюдать такие явления, как динамика носителей заряда, сдвиги состава и структурные реорганизации, в широком диапазоне временных масштабов — от фемтосекунд до нескольких минут.
«AI-TA превращается в спектроскопический метод с временным разрешением, который использует точность технологии оптических гребенок частот для исследования молекулярных реакций в фемтосекундном режиме», — добавил профессор Юн Тай Хюн, соавтор исследования.
Применение AI-TA
Исследователи применили AI-TA к двум типам перовскитных систем. В первом случае они изучили светоиндуцированную замену галогенидов в нанокристаллах галогенида цезия и свинца, показав, что увеличение отношения хлорид-бромид приводит к более высоким энергиям запрещённой зоны и более быстрой динамике носителей заряда.
Во втором случае они исследовали светоиндуцированные трансформации и агломерацию коллоидных нанопластинок перовскита, наблюдая, как потери энергии в горячих носителях изменяются в зависимости от агломерации, и выявляя тонкую взаимосвязь между оптическим поведением и структурной эволюцией.
«AI-TA предлагает новый способ изучения динамики новых материалов и различных химических веществ, которые могут быть легко изменены под воздействием света и других факторов», — сказал доктор Хан Ги Рим, первый автор исследования. «Этот эксперимент знаменует собой первый шаг в демонстрации потенциала AI-TA, и мы с нетерпением ожидаем расширения его применения в будущих исследованиях».
Технологический прорыв
Это исследование представляет собой технологический прорыв в захвате эволюции светочувствительных материалов в реальном времени во время лазерных измерений. Помимо перовскитов, метод AI-TA имеет потенциал для ускорения открытий в различных областях, от квантовых материалов и катализа до оптоэлектронных и фотонных систем нового поколения.
Предоставлено [Институтом фундаментальных наук](https://phys.org/partners/institute-for-basic-science/)