Команда Центра молекулярной спектроскопии и динамики Института фундаментальных наук (IBS) под руководством директора ЧО Минхэна (профессора химии Корейского университета) и профессора ЮН Тхэ Хёна (кафедра физики Корейского университета) разработала новый метод спектроскопии, который позволяет в реальном времени наблюдать, как перовскитные наноматериалы меняются под действием света.

Результаты опубликованы в издании Nature Communications.

Техника, названная асинхронной интерферометрической спектроскопией переходного поглощения (AI-TA), фиксирует сверхбыстрые процессы в возбужденных состояниях и структурные превращения в светочувствительных материалах. Она решает главную проблему традиционных методов: долгое время измерений и риск повредить образец мощными лазерными импульсами.

Теперь мы можем одновременно видеть не только реакцию материала на свет, но и его трансформацию в процессе, — поясняет ЧО Минхэн.

Перовскиты — перспективные материалы для солнечных элементов и светодиодов. Обычные методы с фемтосекундными лазерами (10⁻¹⁵ секунды) позволяют изучать их свойства, но сами могут влиять на образец.

Фемтосекундная спектроскопия — метод, который использует сверхкороткие лазерные импульсы (1 фемтосекунда = 0,000000000000001 секунды) чтобы «фотографировать» мгновенные изменения в молекулах, например, как они поглощают свет или перестраиваются.

AI-TA сокращает время измерений и использует два синхронизированных лазера, чтобы зафиксировать изменения в широком временном диапазоне — от фемтосекунд до нескольких минут.

Этот метод сочетает точность оптических гребенок и позволяет изучать молекулярные реакции на фемтосекундном уровне, — добавляет ЮН Тхэ Хён.

Ученые применили AI-TA к двум типам перовскитов:

• Нанокристаллам галогенида цезия-свинца: увеличение доли хлора к брому повышало энергию запрещенной зоны и ускоряло движение зарядов.
• Коллоидным нанопластинкам: при агрегации менялись потери энергии «горячих» носителей, что показало связь между оптическими свойствами и структурой.

AI-TA открывает новые возможности для изучения материалов, чувствительных к свету, — говорит первый автор работы ХАН Ги Рим.

Метод полезен не только для перовскитов, но и для квантовых материалов, катализаторов и оптоэлектроники.

AI-TA — это не просто прорыв в фундаментальной науке. Если технологию удастся масштабировать, она ускорит разработку:

• Солнечных элементов — можно будет точно настраивать состав перовскитов для максимального КПД.
• Светодиодов нового поколения — контроль над структурой материала улучшит цветопередачу и яркость.
• Фотонных чипов — понимание динамики возбужденных состояний критично для квантовых вычислений.

Главное преимущество — метод снижает риск повреждения образцов, что особенно важно для изучения нестабильных гибридных перовскитов.

Несмотря на впечатляющие возможности, у AI-TA есть ограничения:

• Пока метод требует сложного оборудования и дорогих лазерных систем, что делает его малодоступным для большинства лабораторий.
• В статье не указано, как техника справляется с материалами, которые деградируют даже при слабом освещении — например, органическими перовскитами.

Ранее ученые научились продлевать срок службы перовскитных солнечных элементов.