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Determinate le caratteristiche dei polaroni

19.01.2021

I ricercatori dello SLAC National Linear Accelerator Laboratory della Stanford University hanno utilizzato uno dei loro laser a raggi X per tracciare l'origine e la formazione dei cosiddetti polaroni e per misurare le caratteristiche di base di queste formazioni. I polaroni sono deformazioni del reticolo cristallino di un materiale che sorgono attorno a elettroni liberi in movimento e scompaiono senza lasciare traccia dopo trilionesimi di secondo. Nonostante una "durata della vita" così breve, queste deformazioni, secondo gli scienziati, influiscono su alcune proprietà del materiale e ne modificano il comportamento, in particolare la risposta ai fotoni luminosi, che è particolarmente pronunciata nei materiali appartenenti alla classe delle perovskiti.

Le perovskiti sono materiali trasparenti il cui nome deriva dalla perovskite, un minerale trasparente presente in natura. Circa dieci anni fa, è stato notato che l'inclusione di materiali di questa classe nella composizione delle celle solari può aumentare significativamente il coefficiente di conversione della luce in elettricità. Tuttavia, lavorare con questi materiali causa molti problemi, questi materiali sono instabili, si degradano e si rompono rapidamente se esposti all'aria, contengono anche piombo, un metallo tossico che non dovrebbe entrare di nuovo in contatto con l'ambiente .

Ma fu nei cristalli di perovskite, sintetizzati in uno dei laboratori della Stanford University, che furono notati per la prima volta i polaroni. Per questo, gli scienziati hanno utilizzato l'LCLS (Linac Coherent Light Source), il laser a elettroni liberi a raggi X più potente e veloce, in grado di acquisire immagini all'interno di materiali con una risoluzione quasi atomica e catturare i movimenti degli atomi su una scala temporale di un milionesimo di miliardesimo di secondo.

Durante l'esperimento, il cristallo di perovskite è stato illuminato da una luce laser convenzionale, il cui impulso è stato immediatamente seguito da un impulso laser a raggi X sincronizzato, che ha permesso di vedere la reazione del campione di materiale alla luce. Si è riscontrato che il materiale inizia a reagire alla luce con un ritardo misurato in decine di trilionesimi di secondo. E la reazione del materiale consiste nell'inizio della formazione di deformazioni polaroni, che dapprima hanno una dimensione paragonabile alla distanza tra due atomi vicini nel reticolo cristallino, per poi espandersi rapidamente fino a un diametro di circa 5 miliardesimi di metro , che corrisponde approssimativamente alla larghezza di 10 strati atomici. Allo stesso tempo, il processo di formazione del polarone è molto veloce, avviene in pochi picosecondi.

Il crescente interesse degli scienziati per questo fenomeno spiega perché i polaroni potrebbero essere proprio il motivo per cui le celle solari realizzate con perovskiti ibride mostrano la loro intrinseca alta efficienza. E sapere come si formano, si sviluppano queste deformazioni del reticolo cristallino, oltre a conoscerne i parametri, come forma, dimensione e durata, consentirà agli scienziati di trovare risposte a molte domande, che, a loro volta, renderanno il campo dell'energia solare più efficiente in futuro ed economicamente sostenibile.

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Gli specialisti dell'Università di Mersin (Turchia) offrono di filtrare il rame dalle acque reflue utilizzando bucce di arachidi finemente macinate. Questi rifiuti dell'industria alimentare turca ammontano a decine di tonnellate. Dopo una decantazione giornaliera di acqua ad alto contenuto di rame in un serbatoio con bucce di arachidi sul fondo, il 79% degli ioni rame vi passa e il 95% viene assorbito in una settimana.

Il pH ottimale della soluzione in questo caso è pari a cinque unità.

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