Ученые разработали полупроводники, которые меняют цвет

Полупроводниковые материалы уже применяются в солнечных батареях и светоизлучающих диодах, а новое открытие обещает расширить их функциональные возможности.

Исследователи из Школы материаловедения и инженерии Наньянского технологического университета (NTU) под руководством Нрипана Мэттьюса и Айана Жумекенова синтезировали четыре уникальных типа двухмерных галогенидных перовскитов. Для этого ученые применили инновационный подход, используя диметилкарбонат — нетоксичный растворитель, который был внедрен в структуру перовскитных кристаллов на основе метиламмония. Это решение не только повысило экологичность процесса синтеза, но и открыло новые горизонты в управлении свойствами материалов.

Анализируя кристаллические структуры, ученые обнаружили, что ширина запрещенной зоны (band gap), определяющая энергию, необходимую для высвобождения электрона, может быть настроена путем изменения соотношения метиламмония и диметилкарбоната. Ширина запрещенной зоны напрямую влияет на цвет материала, что делает ее регулировку ключевым аспектом для разнообразного применения перовскитов. Например, материалы с узкой зоной лучше подходят для солнечных батарей, а с широкой — для светоизлучающих устройств.

Однако самое удивительное открытие касается динамического «переключаемого» поведения нового типа двухмерных перовскитов. Один из синтезированных материалов продемонстрировал способность изменять цвет: при нагреве до 80 градусов Цельсия он переходил из оранжевого в красный, а при охлаждении до комнатной температуры возвращался к исходному цвету. Ученые показали, что эта термохромная реакция может воспроизводиться не менее 25 раз без потери свойств материала.