Cristale „inteligente” de perovskit se deformează și revin la forma inițială sub acțiunea luminii, deschizând calea pentru dispozitive controlate optic

Sursa foto: Sciencedaily

Materiale care se pliază și se detensionează la lumină

O echipă de cercetători de la University of California, Davis a descoperit că anumite cristale de perovskit pot suferi schimbări de formă când sunt lovite de lumină și, la îndepărtarea sursei luminoase, se reîntorc rapid la configurația inițială. Fenomenul, observat în perovskite halogenate, este reversibil și se repetă de nenumărate ori, sugerând posibilitatea utilizării acestor materiale în dispozitive și senzori controlați de lumină.

Descoperirea și contextul cercetării

Cercetarea, publicată pe 3 martie 2026 în revista Advanced Materials, evidențiază un comportament neobișnuit care nu apare în semiconductoare convenționale precum siliciul sau arsenura de galiu. Echipa condusă de profesoara Marina Leite a demonstrat că, sub iradiere cu lumină laser, rețeaua cristalină a perovskitelor se modifică rapid, iar la stingerea luminii structura revine la starea precedentă. Această transformare rapidă și reversibilă a fost măsurată folosind tehnici de difracție cu raze X care au urmărit ajustările la nivel atomic din cristal.

Un comportament diferit de cel al semiconductorilor tradiționali

Perovskitele sunt un tip de semiconductor caracterizat printr-o structură comună notată ABX3. La nivel atomic, aceasta poate fi imaginată ca un atom central înconjurat de o octaedră — două piramide alipite la bază — formată din șase atomi, toate acestea fiind învelite într-un cub cu atomi la colțuri. Datorită acestei arhitecturi, perovskitele prezintă proprietăți chimice și fizice distincte care le fac atractive pentru aplicații optoelectronice și celule solare avansate.

Cum au fost efectuate experimentele

Studentul doctorand Mansha Dubey a dirijat experimentele în care cristalele au fost irradiate cu lumină laser, iar schimbările din rețeaua atomică au fost urmărite prin măsurători cu raze X. Cristalele folosite în studiu au fost produse de colaboratorii Bekir Turedi, Andrii Kanak și profesorul Maksym Kovalenko de la ETH Zürich. Observațiile au arătat că, imediat ce lumina lovește cristalul, are loc o deplasare a rețelei interne, iar la sistarea iluminării rețeaua revine la aranjamentul inițial — un ciclu care poate fi repetat fără degradare evidentă.

Descrierea fenomenului: fotostricție reversibilă

Cercetătoarea Marina Leite a sintetizat descoperirea astfel: „S-a observat o schimbare dramatică în rețea atunci când expunem materialul la lumină, un fenomen unic pe care nu îl vedem la siliciu sau arsenură de galiu.” Această manifestare mecanică indusă de lumină este denumită fotostricție și, în cazul perovskitelor studiate, are caracter reversibil, permițând repetarea ciclurilor de deformare și revenire.

Răspuns reglabil: lumina, culoarea și compoziția contează

Un aspect cheie al rezultatelor este faptul că răspunsul mecanic al cristalelor nu este binar. Prin ajustarea compoziției chimice a perovskitelor, oamenii de știință pot modifica lungimile de undă pe care materialele le absorb sau le emit, proprietate cunoscută sub numele de bandgap. De asemenea, cercetătorii au constatat că atât culoarea (lungimea de undă), cât și intensitatea luminii influențează magnitudinea deformării cristaline.

Control fin în loc de comutare simplă

Profesoara Leite a explicat că reacția materialului poate fi reglată „nu ca un întrerupător on/off, ci ca un regulator de intensitate, similar unui variator, în funcție de lumina pe care o aplicăm”. Această capacitate de scalare a răspunsului oferă posibilitatea dezvoltării unor sisteme în care gradul de activare sau deplasare mecanică să fie controlat precis prin parametrii luminii.

Implicarea practică: senzori și actuatori alimentați cu lumină

Posibilitatea de a folosi lumină pentru a produce mișcare mecanică rapidă și reversibilă deschide perspective pentru o gamă largă de aplicații. Perovskitele ar putea fi integrate în senzori sau actuatori care se activează ori se reglează prin lumină, înlocuind sau completând sistemele bazate exclusiv pe curent electric. Astfel de dispozitive ar putea fi mai eficiente energetic sau ar putea funcționa în medii unde alimentarea electrică este dificilă.

Sisteme fotonice comutabile și finanțare

Studiul a beneficiat de sprijin financiar din partea unui program al Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) destinat dezvoltării de materiale pentru dispozitive fotonice comutabile, precum și de finanțare de la National Science Foundation (NSF). Echipa de la UC Davis a folosit facilitățile Advanced Materials Characterization and Testing (AMCaT), un laborator înființat cu sprijin NSF, pentru a realiza măsurătorile necesare demonstrării fenomenului.

Publicație și referințe

Lucrarea principală care documentează aceste observații poartă semnăturile Mansha Dubey, Bekir Turedi, Andrii Kanak, Maksym V. Kovalenko și Marina S. Leite și a fost publicată în Advanced Materials. Detaliile tehnice și interpretările teoretice despre distorsiunile induse de lumină în rețeaua perovskitelor halogenate sunt disponibile în articolul științific identificat prin DOI 10.1002/adma.202521800. Pentru prezentarea populară a descoperirii, universitatea a emis un comunicat care explică modul în care aceste „cristale inteligente” pot fi manipulate prin lumină.

Accesați comunicatele și sursele originale pentru informații suplimentare: articol ScienceDaily, comunicat UC Davis și DOI 10.1002/adma.202521800.

Ce înseamnă pentru viitorul tehnologiei

Constatarea că perovskitele pot suferi distorsiuni structurale controlabile prin lumină le poziționează drept materiale versatil adaptabile pentru domenii emergente ale fotonicii și roboeticii la scară mică. Fiind materiale compuse din componente organice și anorganice, care pot fi fabricate adesea la costuri mai mici decât semiconductoarele tradiționale, perovskitele ar putea permite dezvoltarea unor dispozitive light-driven care să fie mai ieftine și mai ușor de produs.

Provocări și întrebări deschise

Deși rezultatele sunt promițătoare, rămân întrebări privind stabilitatea pe termen lung în aplicații practice, reproducibilitatea la scară industrială și integrarea acestor materiale în circuite sau sisteme hibride. Echipa a demonstrat cicluri repetate de deformare și revenire la scară experimentală, însă tranziția către produse comerciale va necesita studii suplimentare privind rezistența la factori de mediu și compatibilitatea cu procese de fabricație existente.

Prin mesajul transmis de echipa UC Davis se conturează însă o perspectivă clară: perovskitele nu sunt doar semiconductoare alternative, ci materiale adaptabile, care pot funcționa ca sisteme reglabile și nu doar ca simple comutatoare. Acest nivel de control ar putea genera o nouă clasă de dispozitive fotonice și senzoriale care utilizează lumina atât pentru informație, cât și pentru acțiune mecanică.