Polarony zaobserwowane po raz pierwszy

Polaron to kwazicząstka powstająca jako wynik lokalnego odkształcenia sieci krystalicznej spowodowanego oddziaływaniem elektrostatycznym w wyniku przemieszczania się w krysztale naładowanej cząstki (elektronu lub dziury). Istnieją one przez kilka bilionowych części sekundy, a następnie szybko znikają. 

Mimo krótkiej żywotności, mają one wpływ na zachowanie materiałów. To dzięki polaronom, panele fotowoltaiczne wykonane z hybrydowych perowskitów ołowianych mogą osiągać wysoką wydajność w warunkach laboratoryjnych.

Perowskity to krystaliczne materiały, które są coraz częściej włączane do innowacyjnych ogniw fotowoltaicznych, znacznie zwiększając ich wydajność. Mimo iż perowskity wydają się wydajne i łatwe do wykonania, są bardzo niestabilne - rozpadają się pod wpływem powietrza. Tym razem wykorzystano akcelerator SLAC do badań perowskitów w niemal atomowej skali. Urządzenie jest w stanie uchwycić ruchy atomowe zachodzące w milionowych miliardowych części sekundy.

Zespół przyjrzał się pojedynczym kryształom materiału zsyntetyzowanego przez jednego z naukowców z Uniwersytetu Stanforda. Podczas badań zespół uderzył próbkę materiału światłem z lasera optycznego, a następnie wykorzystał laser rentgenowski do obserwacji reakcji materiału w ciągu dziesiątek bilionowych części sekundy. 

Obserwacje ujawniły zniekształcenia polaronowe, które zaczynają się w skali mikroskopowej o wielkości odstępów między atomami sieci krystalicznej i szybko rozszerzają się na zewnątrz we wszystkich kierunkach do średnicy około 5 miliardowych części metra. Akcja ta obejmuje około dziesięciu warstw atomów nieco na zewnątrz na mniej więcej kulistym obszarze na przestrzeni pikosekund.

To pierwszy raz, kiedy udało się bezpośrednio zaobserwować polarony.