Các kỹ sư của Đại học Rice đã khám phá ra công nghệ có thể cắt giảm chi phí của nguồn electron bán dẫn - thành phần quan trọng trong các thiết bị nhìn đêm và máy ảnh chụp trong điều kiện ánh sáng yếu đến kính hiển vi điện tử và máy gia tốc hạt.
Ảnh minh họa
Trong một bài báo trên tạp chí Nature Communications, các nhà nghiên cứu tại Đại học Rice và cộng tác viên tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos (LANL) mô tả quy trình đầu tiên tạo ra nguồn electron từ màng mỏng perovskite halogenua có thể chuyển đổi ánh sáng thành các electron tự do một cách hiệu quả.
Trung bình các nhà sản xuất chi hàng tỷ đô la mỗi năm cho các nguồn điện tử photocathode làm từ chất bán dẫn có chứa các nguyên tố hiếm như gali, selen, cadmium và tellurium.
Đồng tác giả nghiên cứu Aditya Mohite, nhà khoa học vật liệu và kỹ sư hóa học, cho biết các perovskite halogenua có tiềm năng vượt trội hơn các nguồn electron bán dẫn hiện có trên nhiều phương diện.
Mohite, Phó giáo sư về Kỹ thuật hóa học và Phân tử sinh học & Khoa học vật liệu và Kỹ thuật nano, cho biết một lợi thế khác là các âm cực quang perovskite được chế tạo bằng cách phủ spin, một phương pháp chi phí thấp có thể dễ dàng nhân rộng.
Ông nói: “Chúng tôi cũng phát hiện ra rằng các âm cực quang perovskite suy thoái có thể dễ dàng tái tạo so với các vật liệu thông thường thường yêu cầu ủ nhiệt độ cao."
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm hàng chục âm cực quang perovskite halogenua, một số có hiệu suất lượng tử cao tới 2,2%. Họ đã chứng minh phương pháp của mình bằng cách tạo ra âm cực quang có cả thành phần vô cơ và hữu cơ, và cho thấy họ có thể điều chỉnh sự phát xạ electron trên cả quang phổ có thể nhìn thấy và tia cực tím.
“Nếu mỗi photon tới tạo ra một electron và bạn thu thập từng electron một, bạn sẽ có hiệu suất lượng tử 100%”, Fangze Liu, nhà nghiên cứu sinh tại LANL, cho biết. "Các photocathode bán dẫn tốt nhất hiện nay có hiệu suất lượng tử khoảng 10 - 20% và chúng đều được làm bằng vật liệu cực kỳ đắt tiền, sử dụng các quy trình chế tạo phức tạp. Kim loại đôi khi cũng được sử dụng làm nguồn điện tử và hiệu suất lượng tử của đồng là rất nhỏ, khoảng 0.01%, nhưng nó vẫn được sử dụng trong thực tế."
Tên 'perovskite' dùng để chỉ một loại khoáng chất cụ thể được phát hiện ở Nga vào năm 1839 và bất kỳ hợp chất nào có cấu trúc tinh thể của loại khoáng chất đó. Halide perovskite là loại sau cùng và có thể được tạo ra bằng cách trộn chì, thiếc và các kim loại khác với muối bromua hoặc iotua.
Nghiên cứu về chất bán dẫn perovskite halogenua đã trở nên thành công trên toàn thế giới sau khi các nhà khoa học ở Vương quốc Anh sử dụng các tinh thể dạng tấm của vật liệu này để chế tạo pin mặt trời hiệu suất cao vào năm 2012. Kể từ đó, các phòng thí nghiệm khác đã cho thấy vật liệu này có thể được sử dụng để chế tạo đèn LED, bộ tách sóng quang, tế bào quang điện hóa cho việc tách nước và các thiết bị khác.
Mohite cho biết: “Hiệu suất lượng tử của các âm cực quang vẫn thấp hơn của các chất bán dẫn tiên tiến nhất, và chúng tôi đề xuất rằng điều này là do các khiếm khuyết bề mặt cao. Bước tiếp theo là chế tạo các tinh thể perovskite chất lượng cao với mật độ khiếm khuyết bề mặt thấp hơn."
Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210201101528.htm
Trần Hà (Theo ScienceDaily)
