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​폴라론은 수조 분의 1초 안에 움직이는 전자 주위에 형성되는 물질의 원자 격자에서 일시적인 왜곡을 일으키다가 빠르게 사라지고, 일시적인 것처럼 그들은 물질의 행동에 영향을 미치며 납 하이브리드 페 로브 스카이트로 만든 태양 전지가 실험실에서 매우 높은 효율성을 달성하는 이유일 수도 있음.

에너지 부 SLAC 국립 가속기 연구소와 스탠포드 대학 연구진은 이 연구소의 X- 레이 레이저를 사용하여 처음으로 폴라론 형성을 관찰하고 직접 측정함.

페로브 스카이트는 유사한 원자 구조를 가진 미네랄 페로브 스카이트의 이름을 딴 결정 물질로, 과학자들은 약 10년 전에 이를 태양 전지를 위해 연구하기 시작했으며, 페로브 스카이트 구성 요소에 전류 흐름을 억제해야하는 많은 결함이 있음에도 불구하고 태양 광을 에너지로 변환하는 이러한 전지의 효율성은 꾸준히 증가함.

SLAC의 이전 연구는 "전자 카메라"또는 X 선 빔을 사용하여 페로브 스카이트의 특성을 조사함. 무엇보다도 빛이 페로브 스카이트에서 원자 주위를 돌고 있다는 것을 밝혔으며, 또한 재료를 통해 열을 전달하는 음향 포논 (음파)의 수명을 측정함. 이 연구를 위해 연구실의 Linac Coherent Light Source (LCLS), 강력한 X선 자유 전자 레이저를 사용하여 스탠포드에있는 Hemamala Karunadasa 부교수 그룹이 합성한 물질의 단결정을 조사함. 광학 레이저의 빛으로 재료의 작은 샘플을 치고 X- 선 레이저를 사용하여 수십조 분의 1초 동안 재료가 어떻게 반응하는지 관찰함.

에너지부(DOE) Argonne National Laboratory의 과학자 Burak Guzelturk는 “태양 전지에서 일어나는 것과 같이 빛으로 물질에 전하를 가하면 전자가 해방되고 자유 전자가 물질 주위를 이동하기 시작하는데 곧 그들과 함께 이동하는 일종의 국소 왜곡 거품(폴라론)에 둘러싸여 휩싸이게 된다."고 말하면서 "일부 사람들은 이 '거품'이 물질의 결함에서 전자가 산란되는 것을 방지하고 왜 전자가 전기로 흘러 나가기 위해 태양 전지의 접점까지 효율적으로 이동하는지 설명하는데 도움이 된다고 주장한다."고 함.

하이브리드 페로브 스카이트 격자 구조는 유연하고 부드러우며 동시에 폴라론이 형성되고 성장할 수 있게함. 그들의 관찰에 따르면 폴라로닉 왜곡은 고체에서 원자 사이의 간격에 대해 몇 옹스트롬의 규모에서 매우 작게 시작하여 약 50억분의 1미터 직경의 모든 방향으로 빠르게 확장됨. 이 왜곡은 실제로 우리가 이전에 알지 못했던 예상치 못한 것임. 이 프로세스는 이러한 재료의 특성에 어떤 영향을 미치는지 이해하기 위해 수행해야 할 추가 작업이 있음.

본 연구는 Nature Materials("Visualization of dynamic polaronic strain fields in hybrid lead halide perovskites")에 게재됨.