Un membre peu étudié de la famille de matériaux pérovskites pourrait trouver une utilisation dans une gamme d'appareils électroniques, après que des chercheurs de la KAUST aient découvert le secret de sa forte photoluminescence.

Les pérovskites sont un large groupe de matériaux connus pour avoir des propriétés optiques et électroniques remarquables. Pérovskites de formule générale ABX3, et en particulier la pérovskite méthylammonium trihalogénure de plomb, ont attiré presque toute l'attention de la recherche grâce à leur grande promesse de faible coût, matériaux de cellules solaires à haute efficacité.

D'autres membres de la famille des pérovskites et des dérivés de pérovskites sont également des sujets de recherche dignes d'intérêt, dit Michèle De Bastiani, chercheur postdoctoral dans le groupe d'Osman Bakr à la KAUST.

De Bastiani et ses collègues ont testé Cs4PbBr6, une pérovskite de la branche A4BX6 de la famille. Ce matériau est connu pour sa forte photoluminescence, c'est-à-dire sa capacité à absorber la lumière à une longueur d'onde et à la réémettre à une autre.

Les applications potentielles du matériau incluent les revêtements de conversion de couleur sur les ampoules LED, lasers et photodétecteurs. Mais pour pouvoir affiner les propriétés optoélectriques du matériau pour chaque application, les chercheurs doivent résoudre le mystère de la photoluminescence de la pérovskite si fortement.

"Nous avons étudié les propriétés structurales et optoélectroniques du Cs4PbBr6 pour comprendre l'origine de sa photoluminescence, " dit De Bastiani. Soumettre le matériel à un barrage de tests, l'équipe a découvert que lorsqu'un cristal de Cs4PbBr6 était chauffé à 180°C, sa photoluminescence a été irréversiblement détruite.

La photoluminescence est un processus en deux étapes; l'absorption de la lumière génère une paire de quasi-particules appelées excitons au sein de la pérovskite, qui doit se recombiner pour réémettre la lumière. En utilisant la diffraction des rayons X en fonction de la température pour suivre les changements structurels du matériau au fur et à mesure que la chaleur était appliquée, l'équipe a découvert qu'à 180°C, Des nanocristaux de CsPbBr3 se forment dans le minéral.

Les réarrangements structurels induits par la chaleur qui créent ces nanocristaux avalent également des défauts naturels dans le cristal d'origine où les atomes de brome manquaient, concluent les chercheurs. Ces lacunes de brome agissent comme des pièges pour le passage des exictons. Confinés dans ces pièges, les excitons sont beaucoup plus susceptibles de se recombiner et d'émettre de la lumière.

"Maintenant que nous avons cette compréhension fondamentale, notre prochaine étape est de passer aux applications potentielles, " dit De Bastiani. " La photoluminescence unique manifestée par Cs4PbBr6 fait de ces pérovskites des matériaux convaincants pour les dispositifs d'électroluminescence, lasers et convertisseurs de lumière."

Pendant ce temps, de nombreux autres membres peu explorés de la famille des pérovskites avec des propriétés intéressantes attendent d'être révélés, De Bastiani ajoute. "Un exemple est CsPb2Br5, un monocristal que nous avons récemment synthétisé pour la première fois avec des propriétés optoélectroniques inédites."