Een kristallijn materiaal dat van vorm verandert als reactie op licht, zou het hart kunnen vormen van nieuwe door licht geactiveerde apparaten. Perovskietkristallen hebben veel aandacht gekregen vanwege hun efficiëntie bij het omzetten van zonlicht in elektriciteit, maar nieuw werk van wetenschappers van KAUST laat zien dat hun potentiële gebruik veel verder gaat dan de lichtoogstlaag van zonnepanelen.

Fotostrictie is de eigenschap van bepaalde materialen om een ​​verandering in interne spanning te ondergaan, en dus vorm, met blootstelling aan licht. Organische fotostrictieve materialen bieden de grootste vormverandering die tot nu toe is gerapporteerd als reactie op licht - een parameter die bekend staat als hun fotostrictieve coëfficiënt - maar hun reactie is traag en onstabiel onder omgevingsomstandigheden.

KAUST elektrotechnisch ingenieur Jr-Hau Hij en zijn collega's hebben gezocht naar fotostrictie in een nieuwe familie van materialen, de perovskieten. "Perovskieten zijn een van de heetste optische materialen, ", zegt He. Zijn werk laat nu zien dat hun interessante optische eigenschappen meer zijn dan het oogsten van zonne-energie. De onderzoekers testten een perovskiet genaamd MAPbBr3 en onthulden dat het een sterk en robuust fotostrictiegedrag had.

Om de fotostrictiemogelijkheden van het materiaal uitgebreid te testen, het team ontwikkelde een nieuwe methode. Ze gebruikten Raman-spectroscopie, die de moleculaire trillingen in de structuur onderzoekt. Wanneer badend in het licht, fotostrictie verandert de interne spanning in het materiaal, die vervolgens het interne patroon van trillingen verschuift. Door de verschuiving in het Raman-signaal te meten wanneer het materiaal onder mechanische druk werd geplaatst, het team zou de techniek kunnen kalibreren en deze dus gebruiken om het effect van fotostrictie te kwantificeren.

"We hebben aangetoond dat in situ Raman-spectroscopie met confocale microscopie een krachtig karakteriseringsinstrument is voor het gemakkelijk meten van intrinsieke foto-geïnduceerde roostervervorming, " zegt Tzu-Chiao Wei, een lid van het team. "Dezelfde benadering kan worden toegepast om fotostrictie in andere materialen te meten, " hij voegt toe.

Het perovskietmateriaal bleek een significante fotostrictiecoëfficiënt van 1,25% te hebben. De onderzoekers toonden ook aan dat de fotostrictie van de perovskiet gedeeltelijk te wijten was aan het fotovoltaïsche effect - het fenomeen dat de kern vormt van de meeste zonneceloperaties. De spontane generatie van positieve en negatieve ladingen wanneer de perovskiet in licht baadt, polariseert het materiaal, die een beweging induceert in de ionen waaruit het materiaal is gemaakt.

De robuuste en stabiele fotostrictie van perovskiet maakt het bruikbaar voor een reeks mogelijke apparaten, zegt Wei. "We zullen dit materiaal gebruiken om opto-elektronische apparaten van de volgende generatie te fabriceren, inclusief draadloze op afstand schakelbare apparaten en andere lichtgestuurde toepassingen, " hij zegt.