Los óxidos metálicos de transición como el óxido de zinc ZnO están en el centro del reciente aumento en la investigación y el desarrollo de la conversión de energía solar en formas eléctricas fotovoltaicas o químicas fotocatalíticas, pero también en aplicaciones como detectores de altaradiación energética. Todas estas aplicaciones dependen de la generación de cargas negativas electrones y positivas agujeros, y la comprensión de su evolución en función del tiempo es crucial para estas aplicaciones.
Mientras que los electrones han sido detectados por varias técnicas, los agujeros hasta ahora han escapado a la observación. Varias razones están detrás de esto: la señal de los agujeros está oscurecida por la de los electrones y / o las estrategias selectivas de elementos no pueden implementarse porque requieren trabajar bajovacío, es decir, condiciones que distan de las prácticas, por ejemplo, la fase de solución.
El laboratorio de Majed Chergui en EPFL, dentro del Centro de Ciencia Ultrarrápida de Lausana, junto con científicos del Instituto Paul-Scherrer y el Laboratorio Nacional Argonne Chicago han detectado hoyos con éxito e identificado sus sitios de captura después de la banda superiorfotoexcitación de huecos utilizando técnicas selectivas de elementos resueltas en el tiempo. Los investigadores utilizaron un nuevo espectrómetro de emisión de rayos X dispersivo, combinado con espectroscopía de absorción de rayos X. La técnica les permitió detectar directamente el atrapamiento de agujeros con una resolución de 80 picosegundos 1picosegundo es una millonésima de una millonésima de segundo.
Los datos, respaldados por simulaciones por computadora, revelaron que los agujeros fotoexcitados quedan atrapados en el sustrato en vacantes de oxígeno con carga individual. La captura de agujeros convierte a este último en vacantes con carga doble, lo que hace que cuatro átomos de zinc a su alrededor se muevan hacia afuera aproximadamente15%. Las trampas de agujeros se recombinan radiativamente con los electrones deslocalizados de la banda de conducción, lo que genera la luminiscencia verde que comúnmente se detecta cuando ZnO se usa como detector de radiación de alta energía. La identificación de las trampas de agujeros y su evolución abre nuevasideas para el desarrollo futuro de dispositivos y nanodispositivos basados en óxidos de metales de transición.
"Esto es solo el comienzo", dice Majed Chergui. "Con el lanzamiento del nuevo láser suizo de electrones sin rayos X, SwissFEL en el Paul-Scherrer-Institut, se abre una nueva era ante nosotros".
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Materiales proporcionados por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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