Investigadores de la Universidad de Texas en Austin han explorado la formación de polarones examinando las propiedades de las perovskitas de haluro.
Las perovskitas de haluro se utilizan en aplicaciones como la fotovoltaica debido a sus propiedades optoeléctricas. En el trabajo de investigación «Topological polarons in halide pervoskites» (Polarones topológicos en pervoskitas de haluro), publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, los científicos utilizaron los superordenadores Lonestar6 y Frontera del Texas Advanced Computing Center (TACC) para analizar estas propiedades a nivel de átomo individual.
El equipo desarrolló EPW, un código Fortran de código abierto e interfaz de paso de mensajes que calcula propiedades relacionadas con la interacción electrón-fonón. El código EPW está especializado en estudiar cómo interactúan los electrones con las vibraciones de la red de un sólido, lo que provoca la formación de polarons.
«Descubrimos que los electrones forman paquetes de ondas localizados y estrechos, que se conocen como polarons», explicó a TACC Feliciano Giustino, uno de los autores principales del trabajo. «Estos ‘grumos de carga’ -los polarons de cuasipartículas- dotan a las perovskitas de propiedades peculiares».
«Estos polarons muestran patrones muy intrigantes. Los átomos giran alrededor del electrón y forman vórtices que nunca antes se habían observado. Sospechamos que esta extraña estructura de vórtice impide que el electrón vuelva al nivel de energía no excitado», explicó Giustino. «Este vórtice es una estructura topológica protegida en el material de la red de haluros de perovskita que permanece en su lugar durante mucho tiempo y permite que los electrones fluyan sin perder energía».
En el artículo de investigación, los científicos añaden que los polarons adoptan muchas formas diferentes en las perovskitas de haluro, incluyendo polarons pequeños, polarons grandes y ondas de densidad de carga.
«Descubrimos que estas cuasipartículas emergentes soportan campos de fonones topológicamente no triviales con carga topológica cuantizada, lo que las convierte en análogos no magnéticos de los puntos de Bloch helicoidales que se encuentran en las celosías magnéticas de skyrmion», afirman los investigadores. «Nuestros hallazgos sugieren que las perovskitas de haluro pueden considerarse una clase de materiales cuánticos en los que los acoplamientos electrón-fonón sustituyen a las interacciones electrón-electrón tradicionales de los sistemas de electrones correlacionados».
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