Un tout nouveau concept pour décrire l’ouverture des oxydes métalliques
Les électrons de certains oxydes métalliques, en raison de leur vaste masse efficace lorsqu’ils sont combinés avec le réseau ionique du matériau, ne peuvent pas se conformer au 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, 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, déformé autour de lui.
Ces électrons ne peuvent pas osciller rapidement en suivant la zone électrique de la lumière et la laisser passer plutôt que de la refléter. 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, en général, sont transparents à la lumière visible lorsque les photons lumineux ne peuvent pas être captés par le matériau et le traverser sans être interrompus par des interactions avec les électrons. La présence de coûts sans coût (les électrons) est une caractéristique essentielle des métaux, naturellement conducteurs.
Dans ces matériaux, les électrons, les 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 subissent la lumière qui les atteint. De plus, cela les rend opaques, parce que la lumière ne les traverse pas.
Dans certains produits, les électrons sont plus lourds et ne peuvent pas adhérer aux oscillations autorisées par la zone électrique de la lumière aussi rapidement et ne peuvent pas le montrer, mais lui permettent de traverser le matériau sans se connecter ; le tissu est alors transparent.
Recherche d’alternatives
Les écrans tactiles des téléphones portables et des tablettes sont fabriqués à partir de matériaux transparents et conducteurs. La majorité d’entre eux sont construits grâce à l’oxyde d’indium et d’étain (ITO), un matériau semi-conducteur.
Ce matériau est également utilisé dans les panneaux photovoltaïques, les LED, les écrans à cristaux liquides LED ou OLED, et même dans les revêtements des pare-brise d’avion. Ou, l’indium est un métal rare. En vérité, avec la fabrication élevée d’écrans tactiles et le développement de l’énergie photovoltaïque ou PV, on estime 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 découvert, c’est que les couches minces de ce matériau métallique sont étonnamment transparentes, ce qui devrait certainement être associé à une grande masse fiable de ses électrons libres.
« 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 (favorables et raffinés).
Ce réseau présente des défauts avec l’électron en mouvement et cette distorsion se déplace avec lui. Cela entraînerait certainement à un électron porté par une distorsion du treillis se entraînerait à travers le matériau.
Cette dernière entre l’électron et le réseau s’appelle un polaron. Il est aussi beaucoup plus lourd que l’électron sans coût. En effet, la masse fiable de l’électron est meilleure, ce qui décrirait l’ouverture du matériau à la lumière visible puisqu’il ne peut pas adhérer aux oscillations du champ lumineux électrique et le laissez-passer », décrit Josep Fontcuberta, chercheur CSIC à l’ICMAB-CSIC et responsable de cette recherche.
Ce tout nouveau modèle freine avec 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 ionique joue un rôle essentiel.
L’étude de recherche a une analyse approfondie et sans précédent de certaines propriétés résidentielles ou commerciales, électriques et optiques expliquées par la circonstance du polaron. « Dans des recherches précédentes, on avait vu qu’il pouvait y avoir un partenariat, mais cela n’avait jamais été analysé en profondeur. De plus, par ailleurs 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 espérances se sont révélées vraies », explique Fontcuberta.
« Cette étude de recherche, pour citer uniquement 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 méticuleuse des données qui a révélé quelques incohérences avec des circonstances et des théories établies de longue date.
La personne et le travail minutieux de Mathieu Mirjolet, chercheur pré-doctoral à l’ICMAB, ont rendu cela possible. Je ne sais pas si cela a été l’une des explorations les plus pertinentes de mon métier. Ainsi, je ne sais pas ce qui m’attend encore ; cependant, je peux vous assurer que c’est l’un des meilleurs moyens de souligner ma véritable satisfaction à regarder la recherche scientifique et la vie d’un point de vue supplémentaire », ajoute Fontcuberta.
Ces résultats résultent 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).
Référence : Mathieu Mirjolet et al, Couplage électron-phonon et diffusion électron-phonon dans SrVO3, Advanced Science (2021). DOI : 10.1002/advs.202004207
