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Nano científico

Una entrevista con el Dr. Alexander Weber-Bargioni, Científico en jefe- Grupo de investigación opto electrónico en Fundición Molecular del Lawrence Berkeley National Laboratory

El grupo Weber-Bargioni es un equipo interdisciplinario y colaborativo en la Fundición Molecular , enfocado en la exploración de propiedades optoelectrónicas de los materiales nano fundamentales para en última instancia, proporcionar un conjunto de reglas que permitan el desarrollo sistemático de la próxima generación de materiales ligeros.

El grupo del Dr. Weber-Bargioni se centra en la proyección de imagenes y correlacionar propiedades ópticas locales y la estructura electrónica local para proporcionar una visión de procesos optoelectrónicos en la escala de longitud nativa de avanzada de la técnica nano óptica, microscopía de sonda Kelvin y análisis espectroscópico de microscopia de túnel.


¿Cómo la imagenología de nanoescala como el AFM le ha ayudado a analizar los cambios en la estructura electrónica de los dispositivos de recolección de luz?

El AFM no es sólo bueno para la imagenología de la topografía local. Por funcionalidad de la punta, por ejemplo, haciendo que la punta del conductor con una capa de metal, podemos medir fuerzas electrostáticas entre la muestra y la punta con alta sensibilidad o sesgo entre la muestra y la punta de aplicación y medir la resistencia local. La resistencia local, generación local foto corriente o distribución de campo eléctrico local nos proporciona penetraciones en los procesos opto electrónicos en recolección de luz de materiales en la escala de longitud que estos procesos suceden.

 

¿Cómo los materiales nanométricos tienen el potencial para crear tecnología transformadora?

La fascinación de los materiales nanométricos surge del hecho que el cambio de propiedades del material (por ejemplo, el color, su conductividad, etcetera) cuando los hacemos más pequeños entonces típicamente de 10 nanómetros. A diferencia de los bloques macroscópicos, los bloques de construcción a nanoescala cambian sus propiedades también dependiendo de su entorno. Por ejemplo, dos piedras puestas juntas para construir una casa todavía tienen las mismas propiedades cuando las ponemos juntas. Dos nanopartículas conectadas una a la otra pueden cambiar substancialmente sus propiedades individuales. Mientras que esto es fascinante y ofrece una enorme cantidad de posibilidades es también el reto de entender cómo cambiar y donde podemos utilizar estas propiedades deliberadamente para diseñar nuevas propiedades de los materiales.

 

¿Por qué es importante el estudio de propiedades opto eléctricas?

Los procesos y propiedades opto electrónicos regulan una enorme gama de aplicaciones: Láseres, diodos solares emisores de luz solar, telecomunicaciones, etcetera... Si queremos miniaturizar dispositivos u optimizar células solares tomando ventaja en ambos casos de la validez de propiedades de nano materiales escala que necesitamos para entender cómo cambiar estas propiedades a la escala del nanómetro, cómo se modifican en diferentes configuraciones y podemos utilizarlas para hacer por ejemplo una célula solar que funciona en el límite teórico. PARA hacerlo no podemos integrar muchos procesos de muchos bloques nano diferentes, sino que tenemos que ser capaces de visualizar procesos individuales en bloques de construcción nano individuales para saber cómo diseñar nuevos materiales.

 

¿Qué es una punta de prueba de luz nano y cómo se usa en la optoelectrónica?

Las puntas de prueba de luz nano son antenas ópticas nanofabricadas. El concepto de antenas ópticas se ha descubierto hace pocos años, por el que utilizamos antenas nanofabricadas ópticas para exprimir bien la luz debajo del más pequeño punto de luz previamente pensado como posible, también llamado el límite de difracción. Con eso podemos excitar un material con sólo un punto de 10nm ópticamente y usando la espectroscopia óptica con una resolución espacial de 10nm las propiedades opto electrónicas de un material de estudio.

 

¿Qué tipo de investigación ha estado haciendo en nuevos nano materiales? ¿Puede explicar qué son perovskitas y por qué es un descubrimiento importante?

Estudiamos procesos opto electrónicos en materiales perovskitas porque son una nueva clase de materiales de película delgada de PV que tienen una eficiencia de conversión de energía del 20% y esto se logró por sólo unos pocos grupos de investigación en apenas 5 años - debido al éxito ahora hay por supuesto muchos grupos de investigación saltando en este material como mi grupo. Esperamos mapear y entender el proceso local de la luz a los procesos de conversión de energía eléctrica y donde los cuellos de botella están proporcionamos un camino sistemático de optimización de estos materiales hacia el límite teórico.

 

¿De qué tipos de técnicas de imagen avanzadas usted comúnmente depende para asegurar la exactitud de su investigación ?

Mi laboratorio se centra pesadamente en microscopía de sonda y luz. Tenemos un microscopio de exploración túnel que funciona en ultra alto vacío con una presión de base inferior y luego lo que tiene en el espacio exterior – al menos en nuestro sistema solar también funciona en 4 Kelvin – tan solo 4 grados centígrados por encima de la temperatura mínima absoluta- y por lo tanto tenemos la estabilidad de ver átomos individuales, empujarlos alrededor, y muy importante para nosotros – podemos contar con la imagen de extensión espacial de las orbitas moleculares de moléculas individuales. Contamos con un microscopio óptico de campo cerca de donde combinamos nano antenas ópticas al final de una exploración microscopica de la punta para explorar sobre la muestra y estudiar ópticamente las propiedades de los materiales, por ejemplo, cuán eficientemente podemos excitar un material en una posición frente a otra posición. Por último utilizamos un AFM de Park en un entorno controlado (guantera) donde podemos acoplar luz que imita el espectro solar para estudiar cómo los nuevos materiales de células solares operan en la longitud de escala donde suceden los procesos optoelectrónicos

 

¿Qué podemos aprender acerca de recolección de luz para mejorar las condiciones de la tierra que podría revolucionar el futuro de la sociedad?

¡La pregunta no es qué podemos aprender acerca de la cosecha, la pregunta debe ser para nuestra sociedad cómo podemos optimizar la recolección de la luz y usarla como nuestra principal fuente de energía! Yo y muchos otros científicos creemos que el desafío más apremiante de nuestro tiempo es llegar a que las fuentes de energía sostenible se garanticen para nuestros hijos y las generaciones futuras y todavía ser capaces de vivir en este planeta. Lamentablemente ya estoy dudoso si las generaciones futuras tendrán la calidad de vida que tenemos y que la sociedad occidental nos permitió disfrutar.

Lamentablemente los seres humanos pensamos a corto plazo y por lo tanto, el único argumento que parece volar es que si la energía solar se vuelve más barata que otras fuentes de energía – independientemente de la implicación del mañana. Para ello sólo hay una forma: Mejorar la eficiencia de los dispositivos de células solares. Los materiales baratos no tienen tanto impacto como los premium (ya que los gastos de instalación y generales son considerablemente más costosos que la fabricación de células entonces típicas) a medida que mejora la eficiencia. Para mejorar la eficiencia necesitamos operar lo más cerca posible al límite teórico que es 28% para una célula sola ensamblada, 47% para un tándem de células solares. Para alcanzar estas altas eficacias tenemos que asegurarnos de que la célula solar absorbe toda la luz que incide en la célula y sobre todo que cada foto carga que se crea llega al electrodo y puede ser utilizada. Para asegurarse de que todas las foto cargas se utilizan, tenemos que asegurarnos ver los procesos en la longitud de escala donde ocurren estos procesos de opto electrónica.

 


Alexander Weber Bargioni

Alexander Weber-Bargioni, Científico en jefe- Grupo de investigación opto electrónico en la Fundición Molecular del Lawrence Berkeley National Laboratory

El objetivo de la investigación del Dr. Weber-Bargioni es entender los procesos fundamentales de la interacción luz-materia en la nano escala del medidor con el objetivo de desarrollar la cosecha de luz transformadora y materiales emisores. El está liderando el Grupo de investigación opto electrónico en la Fundición Molecular del Lawrence Berkeley National Laboratory Se graduó de la Universidad de Konstanz, recibió su doctorado en física de la Universidad de Columbia Británica (2007) e hizo a su postdoctorado en el laboratorio nacional Lawrence Berkeley. Su grupo de investigación se centra en la comprensión y control de procesos optoelectrónicos fundamentales en sus respectiva longitud y escala de tiempo, utilizando los avances en la plasmónica, imagenología de proyección de imagen de campo y estudios de estructura y transporte electrónicos con resolución de escala molecular. Por su trabajo recibió varios premios, como el DOE Early Career award y el premio R&D100 y enseña en la Universidad técnica de Munich.


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laboratorio de Berkeley

El laboratorio de Berkeley es miembro del sistema nacional de laboratorios apoyados por el Departamento de energía de Estados Unidos a través de su oficina de ciencias. Es administrado por la Universidad de California (UC) y se encarga de realizar la investigación sin clasificar a través de una amplia gama de disciplinas científicas. Situado en un terreno de 200 acres en las colinas sobre el campus de UC Berkeley, Berkeley Lab emplea a aproximadamente 4.200 científicos, ingenieros, personal de apoyo y estudiantes. Su presupuesto para el año fiscal 2013 fue de $ 819 millones, que incluyeron $ 34,5 millones de la Ley de recuperación y reinversión . El impacto económico total en la economía nacional se estima en $ 1,6 mil millones al año. El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley enfrenta retos científicos más urgentes del mundo avanzando en la energía sostenible, protegiendo la salud humana, creando nuevos materiales, y revelando el origen y destino del universo. El Laboratorio de Berkeley fue fundado en 1931 por Ernest Orlando Lawrence, un físico de Berkeley UC quien ganó Premio Nobel en física de 1939 por su invención del ciclotrón, un acelerador de partículas circular que abrió las puertas a la física de alta energía. Era la creencia de Lawrence que la investigación científica se realiza mejor a través de equipos de individuos con diferentes campos de experiencia, trabajando juntos. Su concepto de trabajo en equipo es un legado del laboratorio de Berkeley que continúa hoy en día.