Le dépôt d'une couche d'atomes à la fois peut aboutir à des matériaux qui améliorent grandement les piles à combustible, piles et autres appareils. Dans cette recherche, les scientifiques ont précisément ajouté du chrome aux oxydes de fer pour contrôler les propriétés électroniques et optiques. Le résultat était un film mince hautement ordonné de ferrite de chrome (Fe 2 CrO 4 ). La ferrite de chrome devient plus électriquement conductrice en absorbant la lumière. Le matériau pourrait être utile pour les processus solaires vitaux, comme le fractionnement de l'eau pour fabriquer de l'hydrogène comme carburant, liquides de refroidissement et plus.

La recherche offre des idées sur la façon de concevoir et de fabriquer des matériaux avec de nouvelles caractéristiques de performance. Par exemple, les scientifiques pourraient utiliser les propriétés optiques inattendues des films de ferrite de chrome pour produire de l'hydrogène à partir de l'eau et de la lumière du soleil. L'hydrogène est vital dans les industries chimiques et pétrolières et comme liquide de refroidissement. Plus loin, l'hydrogène est de plus en plus populaire comme carburant pour le transport ou dans la production d'électricité.

Dans cette recherche, les scientifiques ont utilisé l'épitaxie par faisceau moléculaire pour déposer des quantités précisément déterminées de fer (Fe), des atomes de chrome (Cr) et d'oxygène (O) pour fabriquer des matériaux dont on prévoyait qu'ils auraient divers degrés de conductivité électrique, allant de très conducteur à électriquement isolant. Les enquêteurs ont fait Fe 3 O 4 (un demi-métal), Fe 2 CrO 4 (un semi-conducteur) et FeCr 2 O 4 (un isolant). Cette étude a permis de clarifier les propriétés conductrices de ces oxydes de fer chrome, montrant comment les positions des éléments dans le réseau cristallin, état ou charge d'oxydation (pour les cations), et la capacité des électrons à se déplacer à l'intérieur de la structure a entraîné leurs propriétés conductrices respectives.

La structure de Fe 2 CrO 4 s'est avéré être un spinelle, ayant Fe dans les positions tétraédriques, mais à la fois Cr et Fe dans les positions octaédriques. Le Fe s'est avéré être dans l'un des deux états d'oxydation, +2 ou +3, mais Cr s'est avéré n'avoir qu'une charge de +3. Par conséquent, les électrons pourraient sauter entre les cations Fe aux sites tétraédriques et octaédriques. Cependant, l'équipe a trouvé que la conductivité était inférieure à celle de Fe 3 O 4 , où les électrons peuvent librement sauter entre Fe ² + et Fe ³ + sur les sites octaédriques. Dans le cas de FeCr 2 O 4 , Fe n'est présent que sous forme de cation 2+.

Par conséquent, il n'y a aucun moyen pour les électrons de sauter de Fe à Fe, et le matériau est un isolant électrique. L'équipe a montré que Fe 2 CrO 4 absorbe la lumière visible conduisant à une conductivité électrique améliorée, ou photoconductivité. Les propriétés optiques et électroniques de Fe 2 CrO 4 suggèrent que ce matériau pourrait être utile pour d'importants processus photoélectrochimiques solaires tels que la division de l'eau.