Il materiale utilizzato nelle celle solari organiche può essere utilizzato anche come sensori di luce nell’elettronica. Lo dimostrano i ricercatori dell’Università di Linköping che hanno sviluppato un tipo di sensore in grado di rilevare la luce rossa polarizzata circolarmente.
Il loro studio, pubblicato su Nature Photonics, apre la strada a veicoli a guida autonoma più affidabili e ad altri usi in cui la visione notturna è importante.
Rui Zhang, ricercatore post-doc presso l’IFM è uno dei principali autori dell’articolo pubblicato su Nature Photonics. Credito immagine: Olov Planthaber/Università di Linköping
Alcuni coleotteri con ali lucenti, larve di lucciole e canocchie colorate riflettono un particolare tipo di luce nota come luce polarizzata circolarmente. Ciò è dovuto a strutture microscopiche presenti nel loro guscio che riflettono in modo particolare le onde luminose elettromagnetiche.
La luce polarizzata circolare ha anche molti usi tecnici, come la comunicazione satellitare, il bioimaging e altre tecnologie di rilevamento. Questo perché la luce polarizzata circolarmente trasporta una grande quantità di informazioni, poiché il campo elettromagnetico attorno al raggio di luce si muove a spirale verso destra o verso sinistra.
L’intero spettro della luce visibile
Per rilevare la luce polarizzata circolarmente, è necessario un materiale in grado di rilevare la direzione in cui è attorcigliata la spirale. Attualmente esistono materiali in grado di rilevare e decodificare la luce polarizzata circolarmente in quasi l’intero spettro della luce visibile, ad eccezione della regione del vicino infrarosso.
I ricercatori dell’Università di Linköping hanno ora sviluppato un materiale, normalmente utilizzato per le celle solari organiche, per catturare questi particolari fasci di luce.
“Costruire sensori di alta qualità in grado di rilevare la luce polarizzata circolarmente nello spettro del vicino infrarosso è stata a lungo una sfida. Ma grazie all’ulteriore sviluppo di un materiale normalmente utilizzato nelle celle solari, ora possiamo rilevare la luce polarizzata circolarmente attraverso l’intero spettro della luce visibile”, afferma Feng Gao, professore presso il Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia (IFM) dell’Università di Linköping.
Feng Gao, professore del Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia. Credito immagine: Magnus Johansson, Università di Linköping
Questa scoperta del materiale delle celle solari apre la strada a soluzioni tecniche in cui la visione notturna è vitale, come nelle auto a guida autonoma. Il fatto che il materiale sia leggero e il semplice processo di produzione lo rendono adatto all’uso in sensori piccoli ed economici.
Esaminare materiali diversi
Il materiale della cella solare è costituito da polimeri (lunghe catene di carboidrati) e può avere una struttura molecolare sferica nota come fullerene, oppure una struttura diversa e il materiale viene quindi chiamato non fullerene. Il materiale utilizzato nel presente studio è il non-fullerene, che si è rivelato un vantaggio nelle celle solari e in altri usi come i sensori di luce.
La capacità di questo materiale di percepire la luce polarizzata circolarmente è dovuta alla sua chiralità, cioè al modo in cui le molecole interagiscono con la luce. La chiralità nelle molecole è più facilmente spiegabile come un paio di mani.
La tua mano destra e la tua mano sinistra sono costruite allo stesso modo, ma sono immagini speculari l’una dell’altra e quindi hanno funzioni leggermente diverse. Grazie alla chiralità, diverse molecole possono percepire se la radiazione elettromagnetica si muove a spirale verso destra o verso sinistra.
Pannelli solari – foto illustrativa. Credito immagine: Jeroen van de Water tramite Unsplash, licenza gratuita
“Il prossimo passo è espandere questi studi per includere diversi materiali ed esaminare come le molecole e la luce interagiscono in essi. In questo modo, speriamo di essere in grado di aumentare l’efficacia”, afferma Li Wan, ricercatore postdoc presso l’IFM.
Rui Zhang, anche lui ricercatore post-doc presso l’IFM, aggiunge:
“Il controllo dell’impaccamento tra le molecole potrebbe essere molto importante”,
Lo studio ha ricevuto sostegno finanziario dalla Fondazione Knut e Alice Wallenberg, attraverso l’Area di ricerca del governo svedese in scienza dei materiali sui materiali funzionali, AFM, presso l’Università di Linköping e dalla Fondazione svedese per la ricerca strategica.
Articolo: Rilevamento sensibile della luce polarizzata circolarmente nel vicino infrarosso tramite miscele accettrici non fullereniche; Li Wan, Rui Zhang, Eunkyung Cho, Hongxiang Li, Veaceslav Coropceanu, Jean-Luc Brédas e Feng Gao; Fotonica della natura 17 (2023), pubblicato online l’8 giugno. DOI: 10.1038/s41566-023-01230-z
Scritto da Anders Törneholm
Fonte: Università di Linköping
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
