Il ruolo della perovskite nel calcolo quantistico e nell'optoelettronica

Introduzione

Negli ultimi anni è stata dedicata molta attenzione ai materiali perovskitici. La loro particolare struttura cristallina li differenzia da molti materiali tradizionali. Da allora si è notato che questi materiali possono gestire la luce e l'elettricità come altri materiali non possono fare.

Le perovskiti nel calcolo quantistico

L'informatica quantistica è una nuova area scientifica in rapido sviluppo in cui i principi quantistici vengono utilizzati per elaborare le informazioni. Oggi è iniziata una ricerca attiva delle perovskiti in questa direzione. Le loro proprietà aprono nuove possibilità per la creazione di dispositivi quantistici efficienti.

--Come i materiali perovskitici vengono utilizzati per creare efficienti punti quantistici

Una delle applicazioni più interessanti è quella dei punti quantici. I ricercatori creano minuscoli punti utilizzando materiali di perovskite. Questi punti mostrano livelli energetici netti e linee di emissione della luce strette. In parole povere, un punto quantico fatto di perovskite può emettere un solo colore con grande precisione. In alcuni esperimenti, gli scienziati hanno misurato una luminosità e un'efficienza che soddisfano o addirittura superano le prestazioni di altri materiali. Questi punti quantici sono i mattoni per sistemi quantistici più complessi.

--Calcolo quantistico basato sulla perovskite

Un'altra direzione è quella dell'informatica quantistica che utilizza le perovskiti. Un qubit è l'elemento base dell'informazione quantistica. I materiali di perovskite possono essere utilizzati per creare e manipolare questi qubit. Essi consentono un grado di manipolazione che, rispetto ad altri materiali, è molto impegnativo. I ricercatori hanno osservato che, in determinate condizioni, le perovskiti presentano tempi di coerenza sufficientemente lunghi. Ciò significa che lo stato quantico di un qubit realizzato in perovskite può essere mantenuto per un periodo più lungo. Pertanto, le perovskiti emergono come candidati eccellenti per lo sviluppo di bit quantistici stabili.

-- Vantaggi dei materiali di perovskite

I vantaggi dei materiali di perovskite non si limitano alla loro efficienza. Sono molto promettenti per quanto riguarda la coerenza quantistica e la stabilità. Si tratta di fattori importanti per l'informatica quantistica. Molti esperimenti hanno dimostrato la possibilità che questi materiali agiscano in modo eccellente a basse temperature. Anche se combinate con le tecnologie tradizionali di calcolo quantistico, come i qubit superconduttori e quelli basati sugli spin, le perovskiti mantengono un livello di prestazioni elevato. I sistemi ibridi, in cui le perovskiti sono combinate con metodi consolidati, sono attualmente oggetto di studio. Tali sistemi potrebbero portare a computer quantistici più robusti e versatili.

Le perovskiti nell'optoelettronica

L'optoelettronica è lo studio dei dispositivi che generano o rilevano la luce. Attualmente, uno dei temi più caldi riguarda i materiali perovskitici. Le loro proprietà consentono di costruire dispositivi che funzionano in modo più efficiente e con una potenza inferiore.

Ifotorivelatori sono tra i principali dispositivi che traggono vantaggio dai materiali di perovskite. In pratica, trasformano la luce in un segnale elettrico. In molti casi, i fotorivelatori di perovskite mostrano un'elevata sensibilità e tempi di risposta più rapidi rispetto ai tradizionali rivelatori basati sul silicio. Questi fotorivelatori, in ambienti di laboratorio ben controllati, sono stati visti rilevare bassi livelli di luce. Sono utilizzati in applicazioni legate alla visione notturna e ai sensori biomedici. La semplice lavorazione in soluzione delle perovskiti consente ai ricercatori di costruire rivelatori di grande superficie senza attrezzature costose.

Parliamo poi dei diodi a emissione luminosa o LED. In generale, i LED basati sulle perovskiti hanno attirato l'attenzione di molti studiosi. Spesso presentano una migliore luminosità e un'efficiente regolazione del colore. La luce emessa da questi dispositivi non è solo luminosa, ma anche di colore puro. In alcuni casi, il loro colore può essere regolato con precisione attraverso la regolazione della composizione dello strato di perovskite. In questo modo, i dispositivi diventano la base della moderna tecnologia di visualizzazione e anche della semplice illuminazione decorativa. Con un processo di fabbricazione a basso costo, i LED di perovskite competono con le tecnologie più convenzionali.

Un'altra promettente applicazione dell'optoelettronica è il laser. Per i laser di perovskite sono state segnalate un'elevata efficienza e basse potenze di soglia; in altre parole, possono generare luce laser con una bassa energia in ingresso. Questi laser sono adatti alle comunicazioni ottiche e ai sistemi di visualizzazione avanzati. Negli esperimenti, i laser a perovskite hanno mostrato una stretta larghezza di linea e un'uscita stabile in diverse condizioni operative. La loro compatibilità con i substrati flessibili apre la strada a dispositivi laser indossabili.

Anche lecelle solari traggono vantaggio dai materiali di perovskite. Le celle solari in perovskite hanno raggiunto efficienze di conversione superiori a quelle di molte celle solari tradizionali a film sottile. Alcuni gruppi di ricerca hanno identificato efficienze fino a quasi il 25% in esperimenti di laboratorio. Queste celle solari funzionano convertendo la luce in energia elettrica attraverso l'assorbimento. Il basso costo di lavorazione e la facilità di preparazione rendono queste celle adatte a future applicazioni commerciali legate ai dispositivi a energia solare. In specifiche installazioni urbane e in contesti off-grid, questi progressi possono garantire migliori prospettive per opzioni energetiche più sostenibili.

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Domande frequenti

F: Che cosa c'è di unico nei materiali di perovskite?

D: Possiedono un tipo speciale di struttura cristallina che permette di regolare facilmente le proprietà elettroniche e di gestione della luce.

F: Come funzionano i punti quantici di perovskite?

D: Emettono luce a lunghezze d'onda specifiche e possono essere progettati per avere un'elevata efficienza nei dispositivi quantistici.

F: Le celle solari di perovskite possono competere con i pannelli solari tradizionali?

D: Sì, offrono alte efficienze di conversione e sono più facili da produrre a costi inferiori.