La nature conductrice des structures cristallines révélée à un grossissement de 10 millions de fois –

  • FrançaisFrançais



  • Dans le cadre de recherches sur les matériaux révolutionnaires, une équipe dirigée par le professeur K.Andre Mkhoyan de l’Université du Minnesota a fait une découverte qui allie le meilleur de deux qualités recherchées pour les écrans tactiles et les fenêtres intelligentes – la transparence et la conductivité.

    Les chercheurs sont les premiers à observer des lignes métalliques dans un cristal de pérovskite. Les pérovskites abondent au centre de la Terre et le stannate de baryum (BaSnO3) est l’un de ces cristaux. Cependant, il n’a pas été étudié de manière approfondie pour les propriétés métalliques en raison de la prédominance de matériaux plus conducteurs sur la planète comme les métaux ou les semi-conducteurs. La découverte a été faite à l’aide de la microscopie électronique à transmission avancée (MET), une technique qui peut former des images avec des grossissements allant jusqu’à 10 millions.

    La recherche est publiée dans Progrès scientifiques.

    “La nature conductrice et la direction préférentielle de ces défauts de ligne métallique signifient que nous pouvons fabriquer un matériau qui est transparent comme le verre et en même temps très bien conducteur comme un métal”, a déclaré Mkhoyan, un expert en TEM et Ray D. et Mary Chaire T. Johnson / Mayon Plastics au Département de génie chimique et de science des matériaux du College of Science and Engineering de l’Université du Minnesota. “Cela nous donne le meilleur de deux mondes. Nous pouvons rendre les fenêtres ou les nouveaux types d’écrans tactiles transparents et en même temps conducteurs. C’est très excitant.”

    Les défauts, ou imperfections, sont courants dans les cristaux – et les défauts de ligne (le plus courant d’entre eux est la dislocation) sont une rangée d’atomes qui s’écartent de l’ordre normal. Du fait que les dislocations ont la même composition d’éléments que le cristal hôte, les changements dans la structure de bande électronique au niveau du noyau de dislocation, dus à la réduction de symétrie et à la déformation, ne sont souvent que légèrement différents de ceux de l’hôte. Les chercheurs devaient regarder en dehors des dislocations pour trouver le défaut de la ligne métallique, où la composition du défaut et la structure atomique résultante sont très différentes.

    «Nous avons facilement repéré ces défauts de ligne dans les images de microscopie électronique à transmission à balayage haute résolution de ces couches minces de BaSnO3 en raison de leur configuration atomique unique et nous ne les avons vus que dans la vue en plan», a déclaré Hwanhui Yun, un étudiant diplômé du Département de Génie chimique et science des matériaux et auteur principal de l’étude.

    Pour cette étude, des films BaSnO3 ont été cultivés par épitaxie par faisceau moléculaire (MBE) – une technique permettant de fabriquer des cristaux de haute qualité – dans un laboratoire de l’Université du Minnesota Twin Cities. Les défauts de ligne métallique observés dans ces films BaSnO3 se propagent le long de la direction de croissance du film, ce qui signifie que les chercheurs peuvent potentiellement contrôler comment et où les défauts de ligne apparaissent – et potentiellement les concevoir au besoin dans les écrans tactiles, les fenêtres intelligentes et d’autres technologies futures qui exigent une combinaison de transparence. et conductivité.

    «Nous avons dû faire preuve de créativité pour produire des films minces BaSnO3 de haute qualité à l’aide de MBE. C’était passionnant lorsque ces nouveaux défauts de ligne sont apparus au microscope», a déclaré Bharat Jalan, professeur associé et directeur Shell au Département de génie chimique et des matériaux Science, qui dirige le laboratoire qui cultive une variété de films d’oxyde de pérovskite par MBE.

    Les cristaux de pérovskite (ABX3) contiennent trois éléments dans la cellule unitaire. Cela lui donne la liberté d’altérations structurelles telles que la composition et la symétrie cristalline, et la capacité d’héberger une variété de défauts. En raison des différents angles de coordination et de liaison des atomes dans le noyau de défaut de ligne, de nouveaux états électroniques sont introduits et la structure de bande électronique est modifiée localement de manière si dramatique qu’elle transforme le défaut de ligne en métal.

    «Il était fascinant de voir comment la théorie et l’expérience s’accordaient ici», a déclaré Turan Birol, professeur adjoint au Département de génie chimique et de science des matériaux et expert en théorie fonctionnelle de la densité (DFT). “Nous avons pu vérifier les observations expérimentales de la structure atomique et des propriétés électroniques de ce défaut de ligne avec les premiers calculs DFT.”

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par Université du Minnesota. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

    N'oubliez pas de voter pour cet article !
    1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (No Ratings Yet)
    Loading...

    Laisser un commentaire

    Votre adresse e-mail ne sera pas publiée.