Un tout nouveau concept pour décrire l’ouverture des Oxydes Métalliques
Les électrons de certains oxydes métalliques, en raison de leur masse effective importante lorsqu’ils sont combinés avec le réseau ionique du matériau, ne peuvent pas respecter le champ électrique de la lumière et lui permettre de traverser le matériau. Des matériaux transparents et conducteurs sont utilisés dans les écrans tactiles des smartphones et les panneaux solaires pour l’énergie photovoltaïque.
Des chercheurs de l’Institut de recherche scientifique sur les matériaux de Barcelone (ICMAB-CSIC) proposent une nouvelle théorie pour discuter de la transparence des oxydes métalliques, qui sont utilisés dans les écrans tactiles des appareils intelligents et des tablettes et sur les cellules solaires utilisées dans l’énergie solaire. Les scientifiques mentionnent que la masse fiable d’électrons dans ces types de matériaux est principalement due au développement de polarons ou de combinaisons entre les électrons en mouvement et le réseau ionique du matériau, qui est déformé autour de lui. Ces électrons ne peuvent pas osciller rapidement en suivant la zone électrique de la lumière et la laisser passer au lieu de la réfléchir. Auparavant, le concept approuvé pour décrire cette ouverture indiquait les interactions entre les électrons eux-mêmes. La recherche a été publiée dans la revue Advanced Science.
Les produits, généralement, sont transparents à la lumière visible lorsque les photons lumineux ne peuvent pas être absorbés par le matériau et le traverser sans être interrompus par des interactions avec des électrons. La présence de coûts gratuits (électrons) est une caractéristique essentielle des métaux, qui sont naturellement conducteurs. Dans ces matériaux, les électrons, ivres du champ électrique de la lumière, sont forcés d’osciller, et ils émettent de la lumière à la même fréquence qu’ils reçoivent la lumière du soleil. Cela implique que les métaux ont tendance à rayonner, car ils reflètent la lumière qui les atteint. De plus, cela les rend opaques, car la lumière ne les traverse pas. Dans certains produits, les électrons sont plus lourds et ne peuvent pas adhérer aux oscillations déclenchées par la zone électrique de la lumière aussi rapidement et ne peuvent pas le montrer, mais lui permettent de voyager à travers le matériau sans se connecter ;
Recherche d’alternatives
Les écrans tactiles des téléphones portables et des tablettes sont fabriqués à partir d’un matériau transparent et conducteur. La majorité d’entre eux sont construits à partir d’oxyde d’indium et d’étain (ITO), un matériau semi-conducteur. Ce matériau est également utilisé dans les panneaux photovoltaïques, les LED, les écrans d’affichage à cristaux fluides LED ou OLED, et même dans les revêtements de pare-brise d’avion. Cependant, l’indium est un métal rare. En effet, avec la forte production d’écrans tactiles et le développement de l’énergie photovoltaïque ou PV, il est estimé qu’elle sera achevée dans le passé 2050. D’où l’importance de trouver des remplaçants. Des chercheurs de l’ICMAB-CSIC ont examiné des couches minces d’oxyde d’acier, de strontium et d’oxyde de vanadium. Ce qu’ils ont localisé, c’est que de fines couches de ce matériau métallique, étonnamment, sont transparentes, quelque chose qui devrait certainement être associé à une grande masse fiable de ses électrons libres.
« Nous pensons que l’augmentation de la masse efficace des électrons est due à leur couplage avec le réseau cristallin. Les électrons des oxydes de strontium et de vanadium et, en général, des oxydes d’acier déplacent une matrice d’ions (favorable et défavorable). Ce treillis présente des défauts avec l’électron en mouvement et cette distorsion se déplace avec lui. Cela ressemblerait certainement à un électron usé par une distorsion du treillis se déplaçant à travers le matériau. Cette combinaison entre l’électron et le réseau s’appelle un polaron, et il est beaucoup plus lourd que l’électron gratuit, donc la masse fiable de l’électron est meilleure, ce qui décrirait l’ouverture du matériau à la lumière visible puisqu’il ne peut pas adhère aux oscillations du champ lumineux électrique et le laisse passer », décrit Josep Fontcuberta,
Ce tout nouveau modèle freine le paradigme développé jusqu’à présent dans le domaine de la physique de la matière condensée ; Les interactions de Coulomb entre les électrons ont été approuvées pour régir les propriétés résidentielles ou commerciales des oxydes d’acier. Au lieu de cela, ce tout nouveau concept recommande que l’interaction entre les électrons et le réseau d’ions joue un rôle essentiel.
L’étude de recherche comporte une analyse approfondie et sans précédent de certaines des propriétés électriques et optiques résidentielles ou commerciales expliquées par la circonstance polaron. « Dans des recherches précédentes, on avait vu qu’il pouvait y avoir un partenariat, pourtant il n’avait jamais été analysé en profondeur. De plus, en plus d’inspecter le concept dans l’oxyde de strontium et de vanadium, il a été évalué dans divers autres oxydes métalliques et certains isolants dopés, et leurs prévisions se sont avérées », explique Fontcuberta.
« Cette étude de recherche, pour ne citer que quelques éléments, est le résultat d’une caractérisation approfondie des bâtiments électriques et optiques de charges de couches minces du matériau en question. C’est aussi le résultat d’une analyse minutieuse des données qui a révélé quelques incohérences avec des circonstances et des théories établies depuis longtemps. La personne et le travail minutieux de Mathieu Mirjolet, chercheur prédoctoral à l’ICMAB, ont rendu cela possible. Je ne sais pas si cela a été l’une des explorations les plus pertinentes de ma profession puisque je ne sais pas ce qui m’attend encore ; Cependant, je peux vous assurer que c’est l’un des meilleurs moyens de mettre en évidence ma véritable satisfaction à considérer la recherche scientifique et la vie d’un autre point de vue », ajoute Fontcuberta.
Ces résultats proviennent d’une collaboration entre les scientifiques de l’ICMAB Josep Fontcuberta et Mathieu Mirjolet, du groupe MULFOX, avec des scientifiques de l’Université de Saint-Jacques-de-Compostelle (Espagne), de l’Université de Fribourg (Allemagne) et du Collège de Francfort (Allemagne).
Initialement publié le Scitechdaily.com. Lire l’article d’origine.
Référence: Hiroyasu Koizumi, Superconductivity by Berry Connection from Many-body Wave Functions: Revisit to Andreev−Saint-James Reflection and Josephson Effect, Journal of Superconductivity and Novel Magnetism (2021). DOI: 10.1007/s10948-021-05905-y
