Um Novo Conceito para Descrever a Abertura dos Óxidos de Metal
Os eletrões de alguns óxidos metálicos, devido à sua vasta massa efetiva quando combinados com a rede iónica do material, não conseguem se adequar ao campo elétrico da luz e permitir que ele atravesse o material. Materiais transparentes e condutores são usados em telas sensíveis ao toque de ‘smartphones’ e painéis solares para energia fotovoltaica.
Pesquisadores do Instituto de Pesquisa Científica de Materiais de Barcelona (ICMAB-CSIC) sugerem uma nova teoria para discutir a transparência dos óxidos metálicos, utilizados nas telas sensíveis ao toque de dispositivos inteligentes, tablets e nas células solares utilizadas na energia solar. Os cientistas mencionam que a massa confiável de eletrões nesses tipos de materiais se deve principalmente ao desenvolvimento de polarons ou combinações entre os eletrões em movimento e a rede iónica do material, que está deformada em torno dele. Esses eletrões não podem oscilar rapidamente seguindo a área elétrica da luz e deixá-la passar em vez de refleti-la. Anteriormente, o conceito aprovado para descrever essa abertura indicava as interações entre os próprios eletrões. A pesquisa foi publicada na revista Advanced Science.
Os produtos, geralmente, são transparentes à luz visível quando os fotões de luz não podem ser absorvidos pelo material e viajar por ele sem serem interrompidos por interações com os eletrões. A presença de custos gratuitos (eletrões) é uma característica essencial nos metais, sendo naturalmente condutores. Nesses materiais, os elétrons, embriagados do campo elétrico da luz, são forçados a oscilar e emitem luz na mesma frequência em que recebem a luz solar. Isso implica que os metais tendem a se irradiar porque refletem a luz que os atinge. Além disso, isso as torna opaca porque a luz não passa por eles. Em alguns produtos, os eletrões são mais pesados e não podem aderir às oscilações desencadeadas pela área elétrica de luz tão prontamente e não podem mostrá-lo, mas permitem que ele viaje através do material sem se conectar;
Procurando alternativas
Os visores de toque em telefones celulares e tablets são feitos de material transparente e condutor. A maioria deles é construída a partir de óxido de índio e estanho (ITO), um material semicondutor. Este material também é utilizado em painéis fotovoltaicos, LEDs, telas de cristal líquido LED ou OLED e até mesmo no revestimento de para-brisa de aviões. No entanto, o índio é um metal escasso. De fato, com a alta fabricação de telas sensíveis ao toque e o desenvolvimento da energia fotovoltaica ou fotovoltaica, estima-se que será concluído no passado 2050. Daí a importância de encontrar substitutos. Pesquisadores do ICMAB-CSIC examinaram filmes finos de óxido de aço, estrôncio e óxido de vanádio. O que eles localizaram é que camadas finas desse material metálico, surpreendentemente, são transparentes.
“Acreditamos que o aumento na massa eficiente dos eletrões se deve ao seu acoplamento com a estrutura cristalina. Os eletrões do óxido de estrôncio e de vanádio e, em geral, os óxidos de aço realocam uma matriz de íons (favorável e adversa). Essa estrutura falha com o eletrão em movimento, e essa distorção se move com ele. Certamente se pareceria com um eletrão gasto com uma distorção da treliça movendo-se através do material. Essa combinação entre o eletrão e a rede é chamada polaron, e é muito mais pesado do que o eletrão gratuito, então a massa confiável do eletrão é melhor, o que descreveria a abertura do material à luz visível, visto que não pode aderir às oscilações do campo elétrico de luz e deixá-lo passar”, descreve Josep Fontcuberta,
Este modelo inédito freia com o paradigma desenvolvido até agora no campo da física da matéria condensada; as interações de Coulomb entre os eletrões foram aprovadas para governar as propriedades residenciais ou comerciais dos óxidos de aço. Em vez disso, esse novo conceito recomenda que a interação entre os eletrões e a rede de iões desempenhe uma função crítica.
O estudo de pesquisa tem uma análise extensa e sem precedentes de algumas das propriedades residenciais ou comerciais elétricas e óticas explicadas pela circunstância polaron. “Em pesquisas anteriores, vira-se que poderia haver parceria, mas nunca havia sido analisada em profundidade. Além disso, além de inspecionar o conceito em óxido de estrôncio e vanádio, ele foi avaliado em vários outros óxidos metálicos e alguns isoladores dopados, e as suas previsões foram consideradas verdadeiras”, discute Fontcuberta.
“Essa pesquisa, para citar alguns, é o resultado de uma extensa caracterização dos edifícios elétricos e óticos de cargas de finas camadas do material em questão. É também o resultado de uma análise meticulosa dos dados, que revelou algumas inconsistências com circunstâncias e teorias estabelecidas há muito tempo. A pessoa e o trabalho meticuloso de Mathieu Mirjolet, pesquisador pré-doutorado do ICMAB, tornou isso possível. Não sei se foi uma das explorações mais pertinentes da minha profissão, pois não sei o que ainda está por vir; no entanto, posso garantir que é um dos melhores meios para destacar a minha satisfação genuína em olhar para a pesquisa científica e a vida de um ponto de vista adicional”, inclui Fontcuberta.
Os resultados são oriundos de uma colaboração entre os cientistas do ICMAB Josep Fontcuberta e Mathieu Mirjolet, do grupo MULFOX, com cientistas da Universidade de Santiago de Compostela (Espanha), da Universidade de Friburgo (Alemanha) e do Colégio de Frankfurt (Alemanha).
Referência: Mathieu Mirjolet et al, Electron – Phonon Coupling and Electron – Phonon Scattering in SrVO 3 , Advanced Science (2021). DOI: 10.1002 / advs.202004207
