Ett kristallint material som ändrar form som svar på ljus kan utgöra hjärtat i nya ljusaktiverade enheter. Perovskitkristaller har fått stor uppmärksamhet för sin effektivitet vid omvandling av solljus till elektricitet, men nytt arbete av forskare vid KAUST visar att deras potentiella användningsområden sträcker sig långt bortom det ljusskördande skiktet av solpaneler.

Fotostriktion är egenskapen hos vissa material för att genomgå en förändring av inre belastning, och därför form, med exponering för ljus. Organiska fotostriktiva material erbjuder den största formförändringen som hittills rapporterats som svar på ljus - en parameter känd som deras fotostriktiva koefficient - men deras svar är långsamt och instabilt under omgivande förhållanden.

KAUST elingenjör Jr-Hau Han och hans kollegor har letat efter fotostriktion i en ny familj av material, perovskiterna. "Perovskiter är ett av de hetaste optiska materialen, "säger He. Hans arbete visar nu att det finns mer med deras intressanta optiska egenskaper än skörd av solenergi. Forskarna testade en perovskit som heter MAPbBr3 och avslöjade att den hade ett starkt och robust fotostriktionsbeteende.

För att utförligt testa materialets fotostriktionsförmåga, laget utvecklade en ny metod. De använde Raman -spektroskopi, som sonderar molekylvibrationerna i strukturen. Vid badning i ljus, fotostriktion förändrar den inre belastningen i materialet, som sedan förskjuter det inre mönstret av vibrationer. Genom att mäta skiftet i Raman -signalen när materialet placerades under mekaniskt tryck, laget kunde kalibrera tekniken och så använda den för att kvantifiera effekten av fotostriktion.

"Vi visade att in situ Raman -spektroskopi med konfokalmikroskopi är ett kraftfullt karaktäriseringsverktyg för att enkelt mäta inneboende fotoinducerad gitterdeformation, "säger Tzu-Chiao Wei, en medlem i teamet. "Samma tillvägagångssätt kan tillämpas för att mäta fotostriktion i andra material, " han lägger till.

Perovskitmaterialet visade sig ha en signifikant fotostriktionskoefficient på 1,25%. Forskarna visade också att perovskitens fotostriktion delvis berodde på den fotovoltaiska effekten - fenomenet i hjärtat av de flesta solcellsoperationer. Den spontana genereringen av positiva och negativa laddningar när perovskiten badas i ljus polariserar materialet, som inducerar en rörelse i jonerna materialet är tillverkat av.

Den robusta och stabila fotostriktionen för perovskit gör den användbar för en rad möjliga enheter, säger Wei. "Vi kommer att använda detta material för att tillverka nästa generations optoelektroniska enheter, inklusive trådlösa fjärrstyrbara enheter och andra ljusstyrda applikationer, " han säger.