جامعة هانبات الوطنية الكورية تطور نموذجًا للتنبؤ بخصائص الإكسيتون في البيروفسكايت ثنائي الأبعاد

أخبار ar.wedoany.com، كشف فريق بحثي من قسم علوم وهندسة المواد بجامعة هانبات الوطنية (Hanbat National University) في كوريا، من خلال تجارب منهجية، عن آلية تأثير بيئة الحجب العازل للطبقات العازلة العضوية على خصائص الإكسيتون في البيروفسكايت ثنائي الأبعاد، مما وفر إطارًا نمذجيًا قابلاً للتنبؤ لتصميم المواد الإلكترونية الضوئية ذات الصلة.

يتميز البيروفسكايت ثنائي الأبعاد، بفضل بنيته المتناوبة من الطبقات غير العضوية والعضوية، بثبات وتأثير إكسيتوني أفضل مقارنة بالمواد التقليدية ثنائية أو ثلاثية الأبعاد، مما يجعله مرشحًا واعدًا للتطبيقات في مجال الإلكترونيات الضوئية من الجيل التالي. ومع ذلك، فإن خصائصه الضوئية تخضع لتأثيرات معقدة من الحصر الكمي والحصر العازل الناتجة عن الطبقات المحيطة، ولم يكن التأثير الدقيق لبيئة الحجب العازل على الإكسيتون واضحًا من قبل، مما أعاق النمذجة التنبؤية والتصميم العقلاني لهذه المواد.

استخدم فريق البحث بقيادة البروفيسور كي-ها هونغ (Ki-Ha Hong) سلسلة من الطبقات العازلة العضوية المتطابقة هيكليًا لضبط المسافة بين الطبقات مع تقليل التشوه الهيكلي، وبالتالي فصل تأثير بيئة الحجب العازل. نُشرت الدراسة عبر الإنترنت في 9 ديسمبر 2025 في مجلة "Advanced Functional Materials"، وتم نشرها رسميًا في العدد 30 من المجلد 36 من المجلة في 13 أبريل 2026.

قام الباحثون بإعداد أغشية عالية الجودة من بيروفسكايت يوديد الرصاص ثنائي الأبعاد، مع التركيز على طبقات عازلة عضوية ذات أعداد زوجية من سلاسل الألكيل بأطوال مختلفة. من خلال تحليل مطيافية الإلكترونات الضوئية ومطيافية الامتصاص في نطاق الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، وجد أنه مع زيادة طول الطبقة العازلة، اتسعت فجوة الحزمة للجسيمات شبه المستقلة، بينما ظلت طاقة الإكسيتون ثابتة تقريبًا، مما أدى إلى ارتفاع ملحوظ في طاقة ارتباط الإكسيتون. لم يتمكن نموذج كيلديش (Keldysh) القياسي من إعادة إنتاج هذا السلوك بشكل كامل، لكن الفريق نجح، بعد إدخال دالة عازلة فينومينولوجية تأخذ في الاعتبار السُمك المحدود للطبقة العازلة العضوية، في مطابقة البيانات التجريبية، مما أسس إطارًا معتمدًا للتنبؤ بخصائص الإكسيتون.

وقال البروفيسور هونغ: "يوفر هذا النموذج قاعدة تصميم عملية للتنبؤ بكيفية تحكم طول الطبقة العازلة العضوية في خصائص الإكسيتون للبيروفسكايت ثنائي الأبعاد. وهذا يقدم قاعدة تصميم على المستوى الجزيئي للتحكم في طاقة ارتباط الإكسيتون ومستويات الطاقة في البيروفسكايت ثنائي الأبعاد، مما يمكن أن يوجه تصميم المواد المستقبلية للإضاءة والخلايا الكهروضوئية وغيرها من التطبيقات الإلكترونية الضوئية."