Tutkimus fotoferrosähköisten materiaalien perusteista ja sovellutuksista: Näkemyksiä valosähköiseen johtavuuteen ja bulkkivalojänniteilmiöön

Ferrosähköisiä materiaaleja käytetään laajasti, koska niiden sähköisiä ominaisuuksia voidaan muokata esimerkiksi mekaanisen rasituksen, lämpötilan tai sähkökentän avulla. Tässä väitöskirjassa tutkitaan, miten nämä materiaalit reagoivat valoon ja miten niiden valon aiheuttamaa sähköistä vastetta voidaan hyödyntää käytännön sovelluksissa.

Tutkimuksessa selvitettiin, miten ferrosähköisten materiaalien koostumus ja sisäinen rakenne vaikuttavat niiden kykyyn absorboida valoa, generoida sähköisiä varauksia ja kuljettaa näitä varauksia materiaalin läpi. Erityistä huomiota kiinnitetään siihen, miten materiaalin kiderakenne, erilaiset rakennevirheet ja sähköisesti eri suuntiin orientoituneiden mikroskooppisten alueiden muodostama domeenirakenne vaikuttavat valovasteeseen.

Tutkimuksessa tarkasteltiin kokeellisesti useita ferrosähköisiä keraameja ja yksikiteitä. Tulokset osoittavat, että kiderakenne vaikuttaa merkittävästi siihen, minkä aallonpituuksien valoa materiaali pystyy absorboimaan, kun taas materiaalin sisäinen domeenirakenne vaikuttaa voimakkaasti valaistuksen synnyttämään sähköiseen vasteeseen. Tutkimuksessa osoitettiin myös, että valovastetta voidaan hallita yhdistämällä ulkoinen sähkökenttä ja eri aallonpituuksilla saapuva valo.

Näiden ominaisuuksien perusteella kehitettiin ja demonstroitiin uudenlainen valon aallonpituudelle selektiivinen ilmaisinkonsepti, jossa eri värejä voidaan tunnistaa ilman perinteisiä optisia suodattimia. Tällainen lähestymistapa voisi tulevaisuudessa mahdollistaa pienikokoisten ja integroitujen värisensoreiden kehittämisen.

Vaikka tutkittujen materiaalien tehokkuus valon muuttamisessa sähköenergiaksi on tällä hetkellä vielä rajallinen, tutkimuksen tulokset tarjoavat suuntaviivoja materiaalien ominaisuuksien parantamiseen. Erityisesti materiaalit, joissa yhdistyvät voimakas valon absorptio, sopivat sähköiset ominaisuudet sekä hallittu sisäinen rakenne, voivat tulevaisuudessa mahdollistaa uusia ratkaisuja monitoimisiin sensoreihin ja energianmuunnosteknologioihin.