Insólito

Científicos observan y miden la formación de polarones por primera vez

Científicos de la Universidad de Stanford lograron observar y medir por primera vez la formación de polarones, un importante hallazgo sobre la energía solar

Por  Raúl Durán

Así se ven los polarones en formación captados por los científicos de la Universidad de Stanford.(SLAC)

Así se ven los polarones en formación captados por los científicos de la Universidad de Stanford. | SLAC

California.- Un grupo de científicos de Estados Unidos ha logrado observar y medir por primera vez en la historia la formación de polarones, un hallazgo insólito que podría revolucionar la investigación de la energía solar.

El estudio, que recoge el portal científico Phys Org, fue llevado a cabo por los científicos del Laboratorio de Aceleración Nacional (SLAC, en inglés) de la Universidad de Stanford (Estados Unidos), dirigidos por Aaron Lindenberg, investigador del Instituto de Ciencias de Materiales y Energía, de la misma institución.

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Con ayuda de un láser de rayos X del laboratorio, los investigadores lograron observar y medir directamente y por primera vez la formación de polarones. (De una suposición a una realidad: descubren el vidrio líquido)

Los polarones son distorsiones fugaces de la red atómica de un material que se forman en torno a un electrón en movimiento en apenas unas pocas billonésimas de segundo, para luego desaparecer rápidamente, por lo que son prácticamente indetectables, explica el portal científico.

Estas cuasipartículas afectan el comportamiento de un material e incluso es posible que sean la causante de la extraordinaria eficacia de las células solares fabricadas con perovskitas híbridas de plomo en laboratorios. 

"Estos materiales han revolucionado el campo de la investigación de la energía solar debido a su alta eficiencia y bajo costo, pero la gente todavía discute cómo funcionan", expone Aaron Lindenberg.

El científico de la Universidad de Stanford señaló que la idea de que los polarones puedan estar involucrados en dicho proceso ha existido durante años, pero su equipo ha sido el primero en lograr observar su formación de forma directa.

Nuestros experimentos son los primeros en observar directamente la formación de estas distorsiones locales, incluido su tamaño, forma y cómo evolucionan", 

Hace aproximadamente una década, los científicos comenzaron a incorporar las perovksitas en las células solares, y no deja de sorprender la eficiencia que han mostrado esas células para convertir la luz solar en energía. Son materiales que se caracterizan por su complejidad y dificultad para entender, indica Lindenberg. 

Los investigadores de la Universidad de Stanford han utilizado una "cámara de electrones" con rayos X para profundizar en la naturaleza de las perovskitas, con lo que han descubierto que la luz solar es la que hace girar los atómos en las perovskitas, además de lograr medir la vida útil de los fonones acústicos (ondas sonoras) que transportan calor a través del material.

Para llevar a cabo su investigación, los científicos utilizaron la fuente de luz coherente Linac (LCLS) del Laboratorio de Aceleración, un potente láser de rayos X de electrones libres capaz de obtener imágenes de materiales con una precisión casi atómica, así como capturar movimientos atómicos que ocurren en millonésimas de mil millonésimas de segundo.

De esta manera, tomaron cristales del material sintetizado por el grupo dirigido por la investigadora Hemamala Karunandasa, de Stanford, los golpearon y con el láser observaron la manera en que respondía el material en decenas de billonésimas de segundo.

Sus observaciones lograron revelar que las distorsiones polarónicas comienzan siendo muy pequeñas, de apenas unos pocos angstroms de escala, y se expanden rápido hacia afuera en todas las direcciones, en hasta un diámetro de alrededor de 5 mil millonésimas de metro.

Esta distorsión en realidad es bastante grande, algo que no habíamos sabido antes. Es algo totalmente inesperado", apuntó Lindenberg.

"Si bien este experimento muestra lo más directamente posible que estos objetos realmente existen, no muestra cómo contribuyen a la eficacia de una célula solar. Aún queda trabajo por hacer para comprender cómo estos procesos afectan las propiedades de estos materiales", concluyó el científico. 

Con información de Phys Org.

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