O CiQUS, nun estudo que propón unha nova teoría sobre a transparencia dos óxidos metálicos

O investigador Francisco Rivadulla asina un traballo no que tamén toman parte o CSIC e as universidades alemás de Friburgo e Frankfurt

Os óxidos metálicos úsanse nas pantallas táctiles dos dispositivos móbiles e nas placas de enerxía fotovoltaica. Imaxe: Pixabay.
Os óxidos metálicos úsanse nas pantallas táctiles dos dispositivos móbiles e nas placas de enerxía fotovoltaica. Imaxe: Pixabay.

Un artigo publicado na revista Advanced Science propón unha nova teoría para explicar a transparencia dos óxidos metálicos, que se empregan nas pantallas táctiles de móbiles e tabletas e nas placas utilizadas na enerxía fotovoltaica. Os científicos sinalan que a masa efectiva dos electróns neste tipo de materiais é grande debido á formación de polaróns ou axustes entre os electróns en movemento e a rede iónica do material, que se distorsiona ao seu ao redor. Estes electróns non poden oscilar rapidamente seguindo o campo eléctrico da luz e déixana pasar, no canto de reflectila. Ata o momento, a teoría aceptada para explicar a devandita transparencia apuntaba ás interaccións entre os electróns mesmos. No artigo participa o investigador Francisco Rivadulla, do Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS), xunto a investigadores do Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC), e das universidades alemás de Friburgo e Frankfurt.

A nova teoría sobre os óxidos metálicos

Os materiais, en xeral, son transparentes á luz visible cando os fotóns da luz non poden ser absorbidos polo material e atravésano sen ser interrompidos por interaccións cos electróns. A presenza de cargas libres (electróns) é unha característica fundamental nos metais, que son condutores por natureza. Nestes materiais, os electróns, baixo a influencia do campo eléctrico da luz, están forzados a oscilar e irradian luz na mesma frecuencia que a luz recibida. Isto tradúcese en que os metais adoitan brillar, porque reflicten a luz que lles chega. Ademais, isto mesmo fai que sexan opacos, posto que a luz non os atravesa. Nalgúns materiais, os electróns son máis pesados e non poden seguir tan rapidamente as oscilacións que provoca o campo eléctrico da luz, e non a poden reflectir, senón que a deixan pasar sen interaccionar; o material é entón transparente.

Francisco Rivadulla, investigador do CIQUS.
Francisco Rivadulla, investigador do CIQUS.

As pantallas táctiles dos móbiles e as tabletas están feitas dun material transparente e condutor. A maioría son de óxido de indio e estaño (ITO, polas súas siglas en inglés), un material que é semiconductor. Este material aplícase tamén nas placas solares, nos LEDs, nas pantallas de cristal líquido LCD ou OLED, e mesmo nos recubrimentos dos parabrisas dos avións. Pero o indio é un metal moi escaso. De feito, coa elevada produción de pantallas táctiles e a expansión da enerxía fotovoltaica, estímase que se acabará antes de 2050. De aí a importancia de atopar substitutos. Os investigadores do ICMAB-CSIC estudaron o óxido de vanadio e estroncio. E o que comprobaron é que capas finas deste material metálico, sorprendentemente, son transparentes, algo que tería que estar relacionado cunha masa efectiva grande dos electróns libres grande.

“Pensamos que o aumento da masa efectiva dos electróns débese ao seu axuste coa rede cristalina. Os electróns do óxido de estroncio e vanadio e, en xeral, dos óxidos metálicos, móvense nunha matriz de ións (positivos e negativos). Esta rede se deforma co electrón en movemento e esta distorsión móvese con el. Sería como un electrón vestido cunha distorsión da rede que se move a través do material. Devandito axuste entre o electrón e a rede chámase polarón e é máis pesada que o electrón libre, así que a masa efectiva do electrón é maior, o que explicaría a transparencia do material á luz visible posto que non pode seguir as oscilacións do campo eléctrico da luz e déixaa pasar”, explica Josep Fontcuberta, investigador do CSIC no ICMAB-CSIC e líder deste estudo.

Este novo modelo rompe co paradigma establecido ata o momento no campo da física da materia condensada; aceptábase que as interaccións coulombianas entre os electróns gobernaban as propiedades dos óxidos metálicos. En cambio, esta nova teoría propón que a interacción entre os electróns e a rede de ións ten un papel crucial.

O estudo contén unha análise completa e sen precedentes dalgunhas das propiedades eléctricas e ópticas que quedan descritas co escenario dos polaróns. “En estudos anteriores habíase visto que podía haber unha relación, pero non se analizou nunca en profundidade. Ademais, á parte de comprobar a teoría no óxido de estroncio e vanadio, analizouse noutros óxidos metálicos e nalgúns illantes dopados, e comprobouse que as predicións se cumpren”, explica Fontcuberta.


Referencia: Electron–Phonon Coupling and Electron–Phonon Scattering in SrVO (Publicado en Advanced Science).

DEIXAR UNHA RESPOSTA

Please enter your comment!
POLÍTICA DE COMENTARIOS:

GCiencia non publicará comentarios ofensivos, que non sexan respectuosos ou que conteñan expresións discriminatorias, difamatorias ou contrarias á lexislación vixente.

GCiencia no publicará comentarios ofensivos, que no sean respetuosos o que contentan expresiones discriminatorias, difamatorias o contrarias a la ley existente.

Please enter your name here

Este sitio emprega Akismet para reducir o spam. Aprende como se procesan os datos dos teus comentarios.