導(dǎo)讀：利用美國能源部的實(shí)驗(yàn)室，科學(xué)家們在原子水平上了解到鈣鈦礦中的類似液體的運(yùn)動可以解釋它們?nèi)绾斡行У禺a(chǎn)生電流。

科學(xué)家研究了鈣鈦礦材料的內(nèi)部工作原理，以更好地了解該材料在原子尺度上的行為。他們的工作表明鈣鈦礦中類似液體的運(yùn)動可以解釋它們?nèi)绾斡行У禺a(chǎn)生電流。

科學(xué)家們解釋說，當(dāng)光照射到光伏材料上時，它會激發(fā)電子，促使它們“跳出”自己的原子，在材料中移動，從而導(dǎo)電。一個問題是，被激發(fā)的電子可以與原子重新結(jié)合，而不是通過材料。這可以減少相對于照射到材料上的陽光量產(chǎn)生的電量。

科學(xué)家們說，鈣鈦礦在阻止這種重組方面做得很好。他們的工作旨在揭示導(dǎo)致這一現(xiàn)象的機(jī)理，以及如何開發(fā)更高效的太陽能電池。杜克大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)了這項工作，包括美國能源部阿貢國家實(shí)驗(yàn)室和橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家。

研究小組研究了最簡單的鈣鈦礦之一，一種由銫、鉛和溴組成的化合物(CsPbBr3)。然后，他們在阿貢磁性材料小組的光束線上使用了x射線散射能力。

研究小組捕獲了鈣鈦礦晶體中原子在不同溫度下的平均位置。他們發(fā)現(xiàn)，每個鉛原子及其周圍的溴原子籠形成了具有分子性質(zhì)的剛性單位。特別是，這些單位以類似液體的方式振蕩。

解釋鈣鈦礦如何抵抗復(fù)合的一種理論是，晶格或晶體結(jié)構(gòu)中的這些變形在自由電子穿過材料時跟隨著自由電子。電子可能會使晶格變形，從而引起類似液體的干擾，從而阻止了它們回落到其主體原子中。研究人員說，這一理論可能為如何設(shè)計用于太陽能電池的最佳鈣鈦礦材料提供新的見解。

數(shù)據(jù)還表明，材料中的分子在二維平面內(nèi)振蕩，并且沒有在平面上運(yùn)動。這種二維性質(zhì)也可以幫助解釋鈣鈦礦如何防止電子復(fù)合，從而提高了材料的效率。

為了直接研究原子的運(yùn)動，研究小組使用了橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的中子散射能力。中子散射證實(shí)了在X射線散射實(shí)驗(yàn)中看到的模式。它也表明分子幾乎不需要能量就可以在兩個維度上振蕩。研究人員說，這有助于解釋為什么激發(fā)的電子會如此容易地使晶格變形。

3月，《自然材料》上發(fā)表了一篇關(guān)于該研究的論文，即““Two-dimensionaloverdampedfluctuationsofthesoftperovskitelatticeinCsPbBr3”。支持該實(shí)驗(yàn)的計算研究是在伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的國家能源研究科學(xué)計算中心進(jìn)行的。這項研究是由美國能源部基礎(chǔ)能源科學(xué)，材料科學(xué)與工程部門的辦公室資助的。