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Photo Induced Collective Properties of Hybrid Halide Perovskites

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Un cristal cúbico transformador que recoge la luz

El yoduro de plomo de metilamonio podría resultar muy útil para mejorar las celdas fotovoltaicas, la computación por ondas de luz, la obtención de imágenes por rayos X de modos más seguros y los detectores de radiación de alta sensibilidad, entre otros.

Investigación fundamental

El yoduro de plomo de metilamonio es un cristal de perovskita que interactúa fuertemente con la luz y presenta aplicaciones potenciales en celdas fotovoltaicas y diodos emisores de luz (LED). El proyecto PICOPROP, financiado con fondos europeos, se propuso investigar más este material. «Es ideal para generar energía fotovoltaica —explica el coordinador del proyecto László Forró—. Cuando se expone a la luz solar, los fotoelectrones producidos perduran». De este modo, es posible obtener altas concentraciones de fotoelectrones del cristal, lo que genera celdas fotovoltaicas con eficiencias de hasta el 25 %. La tendencia de los fotoelectrones a persistir durante mucho tiempo en el cristal llevó a Forró a conjeturar que los cristales podrían tener propiedades superconductoras a temperaturas relativamente altas. «Esto sería una panacea, ya que significaría que podríamos transmitir electricidad sin pérdidas», comenta. Una segunda línea de investigación, ejecutada en el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Lausana, analizó si los investigadores podrían ajustar las propiedades magnéticas del material mediante pulsos de luz, pues supondría una forma barata de almacenar datos en un ordenador óptico que usa fotones en lugar de electrones para alterar bits. «Como podemos generar muchos fotoelectrones, nos planteamos si sería posible cambiar la estructura magnética, y lo es —añade Forró—. Esto se demostró magistralmente y a partir de esa demostración varias grandes empresas se interesaron por nuestra investigación».

Detectores de alta sensibilidad

La capacidad para generar grandes cantidades de electrones cuando se expone a la luz implica que el yoduro de plomo de metilamonio también está indicado para otras aplicaciones. Al hacer crecer el material en nanocables y unirlos a láminas de grafeno, Forró y su equipo pudieron construir un detector de luz lo suficientemente sensible como para detectar incluso un fotón único. Esta sensibilidad podría lograr que el material compuesto sea muy valioso en aplicaciones como la obtención de imágenes médicas. «Esta facilidad para detectar fotones simplemente midiendo la corriente de los fotoelectrones, nos invita a diseñar un escáner de rayos X que utiliza una corriente de rayos X muy baja —apunta Forró—. La dosis de radiación necesaria para lograr una calidad de imagen equiparable es diez mil veces menor». El yoduro de plomo de metilamonio también podría reemplazar los cristales de germanio caros y relativamente muy poco sensibles en los detectores de rayos gamma. «Sería necesario un gran cristal, ya que los fotones gamma son muy energéticos y pueden atravesar una gran cantidad de material —comenta Forró—. Así que estudiamos cómo cultivar cristales de hasta 3,8 kg. ¡Prácticamente lo que pesa recién nacido!». Dos de los investigadores del proyecto PICOPROP trabajan ahora en una empresa derivada que produce estos cristales.

Factores de seguridad ambiental

El desafío principal para la comercialización del yoduro de plomo de metilamonio radica en su toxicidad. «No soy nuevo en el sector —señala Forró—. Así que contraté de inmediato a un biólogo dedicado al estudio de los riesgos para la salud de este material». El equipo encontró una manera de mezclar la perovskita con fosfato. Si un dispositivo se rompe e inunda, el fosfato reacciona con el plomo para inmovilizarlo y evitar una escorrentía tóxica. Forró no logró producir una superconductividad estable en yoduro de plomo de metilamonio, pero no se sumió en el desánimo. «Es necesario soñar para descubrir cosas realmente nuevas», advierte. En la actualidad, se investigan varias ramas del proyecto para su comercialización, incluido el detector de rayos X, que recibió una subvención de la Unión Europea para prueba de concepto. Forró, ha llegado a la edad de jubilación en Suiza, razón por la que se muda a los Estados Unidos para abrir un laboratorio de materiales cuánticos. Tal y como concluye el científico: «Todavía tengo muchas ideas y energía».

Palabras clave

PICOPROP, yoduro de plomo de metilamonio, fotovoltaica, rayos X, gamma, detector, fotón único, óptico, perovskita, bebé

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