Une équipe de chercheurs, dirigée par l'Université du Minnesota, a découvert un nouveau film mince à l'échelle nanométrique avec la plus haute conductivité dans sa classe. Le nouveau matériau pourrait conduire à une électronique plus petite, plus rapide et plus puissante, ainsi qu'à des cellules solaires plus efficaces.
La découverte est publiée dans Nature Communications, un journal à accès libre qui publie des recherches de qualité dans tous les domaines des sciences naturelles.
Les chercheurs disent que ce qui rend ce nouveau matériau si unique, c'est qu'il possède une conductivité élevée, ce qui aide l'électronique à produire plus d'électricité et à devenir plus puissante. Mais le matériau a également une large bande interdite, ce qui signifie que la lumière peut facilement passer à travers le matériau, ce qui le rend optiquement transparent. Dans la plupart des cas, les matériaux à large bande interdite ont généralement une faible conductivité ou une faible transparence.
"La conductivité élevée et la large bande interdite en font un matériau idéal pour la fabrication de films conducteurs optiquement transparents qui pourraient être utilisés dans une grande variété de dispositifs électroniques, y compris l'électronique de haute puissance, les écrans électroniques, les écrans tactiles et même les cellules solaires dans lesquelles la lumière doit traverser L'appareil ", a déclaré Bharat Jalan, professeur d'ingénierie chimique et de sciences des matériaux de l'Université du Minnesota et chercheur principal à l'étude.
Actuellement, la plupart des conducteurs transparents de nos produits électroniques utilisent un élément chimique appelé indium. Le prix de l'indium a considérablement augmenté au cours des dernières années, ce qui a considérablement augmenté le coût de la technologie d'affichage actuelle. En conséquence, il y a eu d'énormes efforts pour trouver d'autres matériaux qui fonctionnent aussi bien, voire mieux que les conducteurs transparents basés sur l'indium.
Dans cette étude, les chercheurs ont trouvé une solution. Ils ont développé un nouveau film mince conducteur transparent utilisant une nouvelle méthode de synthèse, dans laquelle ils ont développé un film mince BaSnO3 (une combinaison de baryum, d'étain et d'oxygène, appelé stannate de baryum), mais a remplacé la source élémentaire d'étain avec un précurseur chimique de l'étain. Le précurseur chimique de l'étain a des propriétés uniques et radicales qui ont amélioré la réactivité chimique et amélioré considérablement le processus de formation d'oxyde métallique. Le baryum et l'étain sont nettement moins chers que l'indium et sont largement disponibles.
"Nous avons été très surpris de voir à quel point cette approche non conventionnelle a fonctionné la première fois que nous avons utilisé le précurseur chimique de l'étain", a déclaré Abhinav Prakash, l'étudiant diplômé en génie chimique et sciences des matériaux de l'Université du Minnesota, le premier auteur de l'article. «C'était un grand risque, mais c'était une grande percée pour nous».
Jalan et Prakash ont déclaré que ce nouveau processus leur a permis de créer ce matériau avec un contrôle sans précédent de l'épaisseur, de la composition et de la concentration des défauts et que ce processus devrait être très approprié pour un certain nombre d'autres systèmes matériels où l'élément est difficile à oxyder. Le nouveau processus est également reproductible et évolutif.
Ils ont ajouté que c'était la qualité structurellement supérieure avec une concentration de défauts améliorée qui leur permettait de découvrir une conductivité élevée dans le matériau. Ils ont déclaré que l'étape suivante consiste à continuer à réduire les défauts à l'échelle atomique.
"Même si ce matériau a la plus haute conductivité au sein de la même classe de matériaux, il y a beaucoup de possibilités d'amélioration, en plus du potentiel exceptionnel pour découvrir de nouvelles physiques si nous réduisons les défauts. C'est notre prochain objectif", a déclaré Jalan.
