導讀：利用美國能源部的實驗室，科學家們在原子水平上了解到鈣鈦礦中的類似液體的運動可以解釋它們如何有效地產生電流。

科學家研究了鈣鈦礦材料的內部工作原理，以更好地了解該材料在原子尺度上的行為。他們的工作表明鈣鈦礦中類似液體的運動可以解釋它們如何有效地產生電流。

科學家們解釋說，當光照射到光伏材料上時，它會激發電子，促使它們“跳出”自己的原子，在材料中移動，從而導電。一個問題是，被激發的電子可以與原子重新結合，而不是通過材料。這可以減少相對于照射到材料上的陽光量產生的電量。

科學家們說，鈣鈦礦在阻止這種重組方面做得很好。他們的工作旨在揭示導致這一現象的機理，以及如何開發更高效的太陽能電池。杜克大學領導了這項工作，包括美國能源部阿貢國家實驗室和橡樹嶺國家實驗室的科學家。

研究小組研究了最簡單的鈣鈦礦之一，一種由銫、鉛和溴組成的化合物(CsPbBr3)。然后，他們在阿貢磁性材料小組的光束線上使用了x射線散射能力。

研究小組捕獲了鈣鈦礦晶體中原子在不同溫度下的平均位置。他們發現，每個鉛原子及其周圍的溴原子籠形成了具有分子性質的剛性單位。特別是，這些單位以類似液體的方式振蕩。

解釋鈣鈦礦如何抵抗復合的一種理論是，晶格或晶體結構中的這些變形在自由電子穿過材料時跟隨著自由電子。電子可能會使晶格變形，從而引起類似液體的干擾，從而阻止了它們回落到其主體原子中。研究人員說，這一理論可能為如何設計用于太陽能電池的最佳鈣鈦礦材料提供新的見解。

數據還表明，材料中的分子在二維平面內振蕩，并且沒有在平面上運動。這種二維性質也可以幫助解釋鈣鈦礦如何防止電子復合，從而提高了材料的效率。

為了直接研究原子的運動，研究小組使用了橡樹嶺國家實驗室的中子散射能力。中子散射證實了在X射線散射實驗中看到的模式。它也表明分子幾乎不需要能量就可以在兩個維度上振蕩。研究人員說，這有助于解釋為什么激發的電子會如此容易地使晶格變形。

3月，《自然材料》上發表了一篇關于該研究的論文，即““Two-dimensionaloverdampedfluctuationsofthesoftperovskitelatticeinCsPbBr3”。支持該實驗的計算研究是在伯克利國家實驗室的國家能源研究科學計算中心進行的。這項研究是由美國能源部基礎能源科學，材料科學與工程部門的辦公室資助的。