В материаловедении дефекты обычно рассматриваются как проблемы — нежелательные микроскопические особенности, которые ухудшают характеристики, снижают эффективность или сокращают срок службы устройств. Однако недавний прорыв, опубликованный в журнале «Advanced Materials», меняет это представление. Исследование показывает, что определённый структурный «дефект» в кристаллах, известный как ошибка Рuddlesten-Popper (RP), может стать ключом к созданию более ярких и надёжных светоизлучающих материалов.
Исследование фокусируется на перовскитах
Перовскиты — это класс материалов, известных своими выдающимися оптоэлектронными свойствами. Они используются в солнечных батареях, светодиодах, лазерах и даже в квантовых технологиях. Их ценят за эффективную транспортировку заряда и способность к преобразованию света. Однако, как и все кристаллы, они не идеальны. Среди их структурных неоднородностей ошибки RP — смещения в укладке атомных слоёв — традиционно считались вредными.
В этом новом исследовании учёные из Łukasiewicz Research Network—PORT и партнёры из Индийского института технологий применили новый подход. Вместо того чтобы пытаться устранить эти ошибки RP, они изучили, как их можно контролировать и использовать. Удивительный вывод: когда ошибки RP намеренно вводятся и точно настраиваются, они могут значительно улучшить светоизлучающие свойства материала.
Для этого был добавлен n-октиламмоний йодид, специальное йодсодержащее соединение, во время формирования смешанно-галогенидного перовскита под названием CsPbBr3-xIx. Это контролировало развитие ошибок RP внутри кристалла, в результате чего была получена новая фаза материала. Результат был впечатляющим: материал не только изменил цвет излучения с зелёного на ярко-красный, но и стал почти на 80% ярче.
Применение в гибкой электронике
Одно из применений заключается в гибкой электронике, такой как гибкие светодиоды для носимых дисплеев. Эти устройства часто страдают от механических напряжений, которые могут повредить материалы на атомном уровне. Удивительно, но ошибки RP, ранее считавшиеся слабыми местами, действуют как микроскопические амортизаторы, снижая внутреннее напряжение и повышая долговечность при изгибе или растяжении.
Помимо гибких устройств, исследование затрагивает более широкую концепцию, известную как инженерия напряжений, где внутренние напряжения в материалах намеренно изменяются для улучшения свойств. Подобные методы в других системах перовскитов уже показали многообещающие результаты в усилении магнетизма, сверхпроводимости и каталитической эффективности для применения в области чистой энергетики.
Это открытие знаменует собой сдвиг парадигмы в материаловедении. Вместо стремления к идеальным кристаллам учёные теперь могут использовать дефекты, проектируя и контролируя их для раскрытия новых функциональных возможностей. Это пример превращения недостатков в особенности и изменения подхода к разработке следующего поколения передовых материалов.