Argitasun bila materialetan

Euskal Herriko paisaietan, teilatuetan, argiteria publikoan... ohikoak bihurtu dira eguzki plakak. Jakina da plaka horietako gehienak siliziozkoak direla. Batzuk baita germaniozkoak ere. Ezaguna da eguzki plakek eguzkiaren argia argindar bihurtzen dutela. Ezezagunagoa da hori egiteko modua. Eta are ezezagunagoa da badela efektu fotovoltaiko bat, hobeto ezagutuz gero, eguzkiaren argia hobeto eta gehiago aprobetxatzen lagundu lezakeena. Oraindik, baina, ikertzen ari dira.

Bulk photovoltaic effect. Ezohiko efektu fotovoltaiko bat da, lehen aldiz 1960ko hamarkadan neurtua. «Materialen barruan gertatzen den efektu fotovoltaikoa», itzuli du Julen Ibañezek, CFM Materialen Fisika Zentroko fisikari eta ikertzaileak (Hondarribia, Gipuzkoa, 1986). EHU Euskal Herriko Unibertsitatearen eta CSIC Espainiako Zientzia Ikerketen Kontseilu Nagusiaren arteko zentro mistoa da Donostiako CFM.

Material guztiek ez baitute argia berdin xurgatzen, eta, zenbait materialen kasuan, argitik lortutako argindarra handiagoa izan liteke. Berez, material berezietan gertatzen da batez ere: topologikoak, bi dimentsiokoak... Ezohiko efektu fotovoltaiko horretan oinarrituta, material batzuek argia nola xurgatzen duten ikertzen du Ibañezek. Teorikoki. Kalkulu teorikoak egiten baititu, efektuaren eragina kalkulatzen du material jakin batzuetan. Beste batzuen lana izango litzateke kalkulu teoriko horiek esperimentuen bidez frogatzea.

Argiak eremu elektromagnetiko bat du. «Ohiko efektu fotovoltaikoan [eguzki plaketakoa] sortzen den argindar korrontea argiaren eremu elektromagnetikoaren proportzionala da: batek eragiten du bestea», azaldu du Ibañezek. Hori gertatzen da silizioarekin eta germanioarekin, esaterako, eguzki plaketan.

Berak ikertzen duen ezohiko efektu fotovoltaikoan, ordea, ez da hala gertatzen. Zenbait material berezitan argiaren eta argindarraren arteko mendekotasuna ez da lineala: «Horrela argindar gehiago lortu ahalko litzateke. Ez lituzke edukiko ohiko efektu fotovoltaikoaren eraginkortasun mugak». Teorikoki behintzat.

Ezohiko efektu fotovoltaiko hori gertatzeko, materialek ezaugarri jakin bat eduki behar dute: simetria gutxi edo inbertsio simetria hautsi. «Material bat, idealki, errepikapenen bidez egiten da», Ibañezen esanetan. «Haren oinarrizko egitura, gelaxka unitatea deitutakoa —oso txikia da, lau atomokoa-edo—, norabide guztietan errepikatzen da». Material horren gelaxka unitate bat soilik aztertuta, lau atomo soil horiek eta haien egitura, material osoaren propietate jakin batzuk ezagut daitezke, «nahiz eta material osoak milioika eta milioika atomo eduki». Hala gertatzen da silizioan eta germanioan.

Simetria kontua

Simetria gutxi duten edo inbertsio simetria hausten duten materialetan, aldiz, materialaren gelaxka unitateak aztertzean, egitura ez da hain simetrikoa, nahasiagoa baizik. «Atomo ez-baliokideak, egitura arraroak... daude». Material horietan gertatzen da ezohiko efektu fotovoltaikoa.

Material horien simetria faltak beste abantaila bat dakar eguzkiaren argia aprobetxatzeko: materialak berez garraiatzen du argindarra. «Ohiko eguzki plaketan, argia xurgatzen da, eta elektroiak kitzikatzen dira, baina, gero, elektroi horrek erabaki egin behar du ea nora joan behar duen, metatzeko», Ibañezen arabera. Horretarako, eguzki plaketan kanpoko eremu elektrikoak sortzen dituzte, elektroiak garraiatzeko. «Material berezi hauetan, aldiz, simetria faltagatik, norabide batzuek abantaila izaten dute, eta elektroiek, kitzikatu eta gero, badakite nora joan behar duten, kanpoko laguntzarik gabe. Abantaila da teknologiaren aldetik».

Abantailak, beraz, asko dira. Baina... «Balizko abantaila asko dauzka, baina gaur egun esperimentuetan neurtu diren propietateak ez dira hain onak eguzki plaketan erabiltzeko», zehaztu du Ibañezek. Alegia, teorikoki oso eraginkorrak izan daitezke, ekuazioek eta zenbakiek hori diote, baina esperimentuetan oraindik ez dute eraginkortasun hori guztia lortu. Ateak zabalik jarraitzen du, ordea: «Alde batetik, efektua hobeto ulertu behar da; bestetik, materialen bilaketa sistematiko bat egin behar da, efektu honen bidez argiaren xurgatze handia duten materialak aurkitzeko». Ibañezek behin eta berriro nabarmendu duenez, oinarrizko ikerketa egiten baitu. Efektua oso interesgarria delako eta erronka bat delako ikertzen du, «baina badauka aplikazio bat zerumugan».

Gainera, azken urteetan beste ate bat ere zabaldu da, efektu horren eragina frogatu baita silizioan ere: «Duela gutxi egindako esperimentu on batean zera erakutsi dute, silizioa mikroskopikoki deformatuz gero, deformazio horrek simetria falta eragiten duela eta ezohiko efektu fotovoltaiko hori neur daitekeela». Horrela, hobetu egin daiteke silizioak egiten duen argiaren xurgatzea, eta, beraz, baita eguzki plaken eraginkortasuna ere. «Ohiko eta ezohiko efektuak konbinatu daitezke silizioan. Ez da materialik eraginkorrena, baina asko erabiltzen da, eta merkea da».

Material horiek eta ezohiko efektu fotovoltaiko hori ikertzen ditu Julen Ibañezek. Eta ikertzen jarraituko du, indar handiagoz, Europako Batasunaren bultzada handia jaso baitu: 1,4 milioi euroko laguntza eman diote ERC Starting Grant laguntzen 2020ko deialdian, Photonow proiektua garatzeko. Bost urterako proiektua izango da, 2021eko ekainean hasi eta 2026ra arte. Ibañezek aurkeztu zuen proiektuan doktorego osteko hiru ikerlari eta tesia egingo duten bi ikasle kontratatzea aurreikusi zuen. Baita beharrezko ordenagailuak erostea ere. Ibañezek EHUko Fisika fakultateko fisika ikasleren bat erakarri nahi du, proiektuan tesia egiteko.

Proiektuaren helburua da, alde batetik, programa bat, kode konputazional bat garatzea, ezohiko efektu fotovoltaiko horrek hainbat materialetan duen efektua aurreikusteko eta kalkulatzeko. Programa software libre gisa banatu nahi dute, edozein ikertzailek erabili ahal izateko. Bestetik, material interesgarriak aurkitzea eta proposatzea. Ibañezen ikerketa taldearen lanari esker, beste ikerketa talde batzuek esperimentuak material jakin batzuetara bideratu ahal izango dituzte, denbora eta dirua aurreztuz. Ikerketan, teoria eta zenbakizko kalkulua —konputazionala— uztartuko dituzte, ordenagailu indartsuen laguntzarekin.

Egonkortasuna, azkenean

Laguntzak Ibañezen ikertzaile ibilbidea egonkortuko du. Beste hainbat ikertzaileren moduan, bekaz beka ibili da orain arte. Marie Curie (MCSA) beka bat dauka gaur egun, bi urtekoa, 2021eko irailera arte. Bekak behin-behineko heldulekuak izaten dira. Bat jaso orduko, hurrengoa bilatzen hasi behar da ia. «Bekena ondo dago, neurri batean», Ibañezen iritziz. «Iristen da momentu bat non saiatu behar duzun zerbait egonkorra bilatzen; ez da komeni 50 urterekin bi urteko bekekin eta kontratuekin egotea».

Zer da zerbait egonkorra? Unibertsitateetako postuak, «baina, ikertzeaz gain, eskolak eman behar dira». Ikertzaile postuak, Ikerbasquek eta CSICek eskaintzen dituztenak, esaterako, «baina normalean jende helduagoa ere aurkeztu daiteke, eta zaila da haiei irabaztea, curriculum beteagoa dutelako, gehiago argitaratu dutelako...». Beste aukera bat da atzerrira joatea. Ibañezek lau urte egin zituen Alemanian, eta orain Euskal Herrian geratu nahi du. «Gainera, atzerrian ere ez da erraza ezer lortzea».

Ibañezen kasuan, ERC Grant laguntza jasotzeak bere ikertzaile ibilbidea egonkortzea ekarri du, Ikerbasque ikertzailea bihurtuko baita, Ikerbasqueko langile. Bost urte barru, Photonow proiektua bukatutakoan, hala jarraituko du. «Sekulako urratsa» dela nabarmendu du Ibañezek.