Figure 1 :(a - e) Image optique de pérovskites hybrides 2D de grande taille (monocristal) et de différentes séries homologues (composés avec le même groupe fonctionnel mais différant par le nombre d'unités répétitives) de n =1 à n =4. ( f - j) Schémas montrant la structure de la maille élémentaire. (k - o) Images de microscopie à force atomique et profil des couches de pérovskite à cellule unitaire exfoliée. Crédit :Université nationale de Singapour
Les scientifiques du NUS ont découvert que les propriétés d'émission de lumière de la pérovskite hybride bidimensionnelle (2D) moléculairement mince peuvent être réglées de manière hautement réversible pour des applications optoélectroniques ultrafines. Un photodétecteur hautement efficace a été fabriqué à l'aide de pérovskites hybrides de l'épaisseur d'un seul puits quantique.
Les pérovskites en couches sont traitables en solution, matériaux à faible coût qui peuvent être utilisés comme photodétecteurs ou émetteurs de lumière. La capacité supérieure du cristal de pérovskite à détecter et à émettre de la lumière avec un rendement élevé devrait trouver des applications pratiques dans divers domaines. Chaque unité de base d'une pérovskite hybride 2D est construite à l'aide d'une couche semi-conductrice de matériau inorganique prise en sandwich entre deux couches isolantes organiques. Alors que les chercheurs ont étudié les pérovskites en couches sous leur forme en vrac au cours des trente dernières années, les propriétés de ces cristaux lorsque leur épaisseur est réduite à quelques couches et monocouches n'ont en grande partie pas été explorées.
Une équipe de recherche dirigée par le professeur Loh Kian Ping, du Département de chimie, NUS a découvert qu'une couche moléculairement mince de pérovskite peut être déformée de manière hautement réversible sans introduire de défauts permanents sur le matériau qui peuvent affecter ses propriétés d'émission de lumière. Aussi, les propriétés d'émission de la pérovskite peuvent être réglées de manière réversible sous des contraintes répétées. Les chercheurs y sont parvenus en encapsulant la surface de la pérovskite avec une fine couche de nitrure de bore hexagonal optiquement transparent. Cette couche barrière piège les molécules organiques à la surface de la couche de pérovskite, les empêchant de s'échapper dans l'air même sous une forte irradiation laser.
En utilisant une méthode de cristallisation à température contrôlée, les chercheurs ont synthétisé des monocristaux de pérovskite centimétriques de la phase Ruddlesden-Popper (une forme de structure de pérovskite en couches). Ces cristaux spécialement préparés sont beaucoup plus gros que les microns habituels et ont permis à l'équipe d'en décoller de fines couches à l'aide de la méthode du "scotch tape" (méthode similaire à celle utilisée pour obtenir du graphène à partir de graphite). Ces cristaux ultrafins ont ensuite été utilisés pour les expériences.
Figure 2 :Vue d'artiste de l'interaction laser avec des pérovskites 2D moléculairement minces encapsulées par du nitrure de bore hexagonal (couche bleue). Crédit :Université nationale de Singapour
Le professeur Loh a dit, "Contrairement aux pérovskites en vrac où les chaînes organiques des couches adjacentes sont interdigitées et étroitement emballées, la couche de chaîne organique sur les pérovskites ultrafines peut "se détendre" plus facilement sous activation laser ou thermique. Ce processus de "détente" modifie leurs propriétés d'émission lumineuse. Nous avons constaté que l'émission de lumière peut revenir à son état initial en contraignant ("dérelaxant") la surface de la couche de pérovskite ultrafine."
"Nous avons également étudié la structure atomique de ces pérovskites à l'aide du microscope à force atomique QPlus. En fonction de l'énergie thermique fournie, les couches organiques en surface peuvent s'assembler et modifier les propriétés optoélectroniques du cristal de manière réversible. Cela pourrait potentiellement être utilisé pour développer des dispositifs optoélectroniques réglables en contrainte, " a ajouté le professeur Loh.
