Asombroso vórtice en una nueva clase de materiales

Unas simulaciones realizadas mediante las supercomputadoras Frontera y Lonestar6, del Centro de Computación Avanzada de Texas en Estados Unidos, han revelado un fenómeno exótico que ocurre en una clase de materiales para células solares y lámparas LED que se usa desde hace pocos años. Este fenómeno podría explicar las cualidades que hacen tan buenos a esos materiales para las aplicaciones mencionadas. El descubrimiento podría ayudar a desarrollar nuevas células solares y nuevas lámparas LED, con prestaciones mejores que las de las células solares y las lámparas LED actuales.

La investigación la ha realizado un equipo encabezado por Jon Lafuente-Bartolome, de la Universidad de Texas en Austin, Estados Unidos.

Las perovskitas de haluros metálicos han avanzado rápidamente en la última década desde su descubrimiento como semiconductores capaces de superar al silicio en su conversión de luz en corriente eléctrica.

En simulaciones ejecutadas por las citadas supercomputadoras, se reveló la existencia de sorprendentes estructuras de vórtice en cuasipartículas de electrones y átomos, llamadas polarones, que contribuyen a generar electricidad a partir de la luz solar.

Estos polarones muestran patrones muy intrigantes. Los átomos giran alrededor del electrón y forman vórtices que nunca antes se habían observado.

Las estructuras en vórtice de los polarones pueden ayudar a los electrones a permanecer en un estado excitado.

Los autores del estudio sospechan que esta extraña estructura de vórtice impide que el electrón vuelva al nivel de energía no excitado. Este vórtice es una estructura topológica protegida en la retícula del haluro de perovskita que permanece en su lugar durante mucho tiempo.

Recreación artística de vórtice en una cuasiparticula de electrones y átomos. (Ilustración: Jorge Munnshe para NCYT de Amazings)

En comparación, la máxima eficiencia del silicio es de alrededor del 25 por ciento, lo que significa que de toda la energía procedente del Sol, solo una cuarta parte se convierte en electricidad. Para alcanzar el 25% de eficiencia, el silicio necesitó unos 70 años de desarrollo. Las perovskitas de haluro, en cambio, lograron alcanzar el 25% en solo 10 años.

«Se trata de un material revolucionario», subraya Feliciano Giustino, de la Universidad de Texas en Austin y coautor del estudio. «Si tantos grupos de investigación que trabajan en fotovoltaica se han pasado a las perovskitas, es porque son muy prometedoras».

El nuevo estudio se titula “Topological polarons in halide perovskites”. Y se ha publicado en la revista académica Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). (Fuente: NCYT de Amazings)