Uma equipe do Centro de Espectroscopia Molecular e Dinâmica (CMSD) desenvolveu uma nova técnica espectroscópica para monitorar mudanças nos nanomateriais de perovskita em tempo actual sob exposição à luz. A pesquisa foi liderada pelo professor Tai Hyun Yoon, do Departamento de Física e do diretor Mabeeng Cho, professor de química, ambos da Universidade da Coréia.
O método, chamado espectroscopia de absorção transitória assíncrona e interferométrica (AI-TA), permite uma rápida observação de mudanças estruturais e dinâmica do estado excitado em materiais responsivos à luz. Ele aborda as principais limitações da espectroscopia ultra-rápida convencional, que pode danificar amostras sensíveis à luz e geralmente requer longos tempos de coleta de dados.
Agora podemos observar simultaneamente não apenas como um materials reage à luz, mas também como ele se transforma durante a própria reação. Isso faz da AI-TA uma ferramenta poderosa para análise em tempo actual de processos nanoescala complexos.
Mabeng Cho, diretor do IBS Middle for Molecular Spectroscopy and Dynamics (CMSD)
Os materiais de perovskita são considerados promissores para futuros dispositivos optoeletrônicos, como LEDs e células solares. Sua dinâmica de transportadora pode ser estudada usando femtossegundo convencional (10-15 segundos) técnicas baseadas em laser, que capturam propriedades químicas e físicas.
No entanto, essas propriedades são altamente sensíveis a fatores externos, como a luz, dificultando o estudo de como os materiais se comportam em condições práticas. Em specific, os pulsos a laser usados em espectroscopia extremely -rápida podem danificar ou alterar a amostra.
A equipe do IBS abordou esse desafio, reduzindo o tempo de medição usando AI-TA. Este método usa dois lasers sincronizados com precisão para capturar dados espectrais e temporais detalhados sobre o estado transitório do materials. Isso permitiu aos pesquisadores observar processos como movimento da transportadora de carga, mudanças na composição e reorganização estrutural em relação às escalas de tempo que variam de femtossegundos a vários minutos.
AI-TA está evoluindo para uma técnica espectroscópica resolvida no tempo que aproveita a precisão da tecnologia de pente de frequência óptica para investigar reações moleculares no regime de femtossegundos.
Tai Hyun Yoon, autor de co-correspondência de estudo e professor da Universidade da Coréia
Os pesquisadores aplicaram AI-TA a dois tipos de sistemas de perovskita. No primeiro, eles estudaram substituição de halogeneto induzido pela luz em nanocristais de halogeneto de chumbo de césio. Eles descobriram que o aumento da proporção de cloreto / bromido levou a maiores energias de bandGAP e dinâmica mais rápida de portador de carga.
No segundo, eles examinaram alterações e agrupamentos orientados para a luz em nanoplatelas de perovskita coloidal. Os resultados mostraram como a perda de energia nos portadores quentes variava com a aglomeração e revelou uma relação complexa entre comportamento óptico e alterações estruturais.
A IA-TA oferece uma nova maneira de estudar a dinâmica de novos materiais e várias substâncias químicas que podem ser facilmente alteradas pela luz e outros fatores. Este experimento marca o primeiro passo na exibição do potencial da AI-TA, e esperamos expandir suas aplicações em pesquisas futuras.
Dr. Gi Rim Han, Primeiro Autor do Estudo, IBS Middle for Molecular Spectroscopy and Dynamics (CMSD)
Este trabalho melhora a capacidade de rastrear mudanças em tempo actual em materiais sensíveis à luz durante as medições a laser. Além dos perovskitas, o método AI-TA também pode apoiar pesquisas em áreas como materiais quânticos, catálise e sistemas optoeletrônicos e fotônicos da próxima geração.
Referência do diário:
Han, Gr, et al. (2025). Espectroscopia ultra-rápida in situ e em tempo actual de reações fotoinduzidas em perovskita nanomateriais. Comunicações da natureza. doi.org/10.1038/s41467-025-60313-3