Oliver Hofmann et son groupe de recherche à l'Institut de physique des solides de la TU Graz travaillent sur l'optimisation de l'électronique moderne. Un rôle clé dans leurs recherches est joué par les propriétés d'interface des matériaux hybrides constitués de composants organiques et inorganiques, qui sont utilisés, par exemple, dans les écrans OLED ou les cellules solaires organiques. L'équipe simule ces propriétés d'interface avec des méthodes basées sur l'apprentissage automatique. Les résultats sont utilisés dans le développement de nouveaux matériaux pour améliorer l'efficacité des composants électroniques.

Le transfert de charges à longue distance comme objet d'enquête

Les chercheurs se sont maintenant penchés sur le phénomène du transfert de charge à longue distance. Un transfert d'électrons d'un matériau à un autre se produit déjà à l'état éteint s'il existe des états énergétiquement plus favorables pour les électrons dans le matériau voisin. Cela pose la question fondamentale de savoir jusqu'où ce transfert d'électrons peut s'étendre dans la matière organique, c'est-à-dire combien de couches il englobe. De nombreuses études rapportent que pour les interfaces organiques-inorganiques cet effet est limité à la première couche, c'est-à-dire la couche où les molécules (organiques) sont en contact direct avec la surface métallique (inorganique).

D'autre part, certains rapports supposent que l'effet s'étend également sur de plus longues distances, à la deuxième couche ou au-delà. "Si c'est le cas, l'effet pourrait être utilisé pour réduire la résistance électrique du matériau hybride, le rendant plus économe en énergie, " dit Hofmann, expliquer pourquoi c'est si intéressant.

La nouvelle méthode d'examen combine deux méthodes d'apprentissage automatique

Afin de démontrer le transport de charge à longue distance dans les interfaces organiques-inorganiques, les chercheurs ont utilisé les nouvelles méthodes d'apprentissage automatique SAMPLE et BOSS pour étudier une interface cuivre-tétracyanoéthylène (TCNE/Cu(111)), "puisqu'il existe ici des données expérimentales particulièrement solides qui indiquent un transport de charge à longue distance, ", a déclaré Hofmann. Il n'y a pas de théorie claire expliquant pourquoi certains systèmes montrent cet effet. Hofmann et son équipe ont voulu "résoudre ce mystère afin de créer une base sur la façon de produire des matériaux ayant la même propriété".

En combinant les deux méthodes, les chercheurs ont pu identifier plus de deux millions de structures d'interface potentielles pour les interfaces TCNE-Cu et prédire le comportement des molécules dans diverses conditions expérimentales. Étonnamment, les résultats ont montré qu'il n'y a pas de transfert de charge à longue distance, mais au lieu de cela, les molécules du système changent de structure.

Les molécules changent d'arrangement atomique

Lorsque des molécules sont appliquées, généralement, ils conservent leur disposition générale et s'entassent plus étroitement jusqu'à ce que, à une certaine densité, ils commencent enfin à faire pousser la deuxième couche. Dans le système TCNE/Cu(111), cependant, les molécules adsorbées passent de la position couchée d'origine à une position debout après qu'une certaine quantité a été déposée. Ils se redressent ainsi pour pouvoir s'entasser encore plus près les uns des autres. "Toutefois, les molécules debout ont un transfert de charge complètement différent de celui des molécules couchées. La transformation structurelle est difficile à détecter expérimentalement, mais les résultats de mesure sont similaires à ceux du transport de charge à longue distance, " explique Hofmann.

Les investigations réfutent l'hypothèse d'un transfert de charge à longue distance. L'utilisation des méthodes combinées d'apprentissage automatique SAMPLE et BOSS est destinée à soutenir les futures expériences de développement de matériaux de manière à ce que de telles interprétations erronées ne se produisent plus. En examinant plus en profondeur les processus physiques, les nouveaux procédés permettent de s'assurer que les matériaux ne sont plus conçus pour chasser un effet qui n'existe pas sous cette forme. Hofmann souligne l'avantage de la nouvelle méthode :« Grâce aux deux méthodes, des millions de structures différentes pourront être simulées à l'avenir."

Les chercheurs de la TU Graz ont récemment publié les détails de l'étude dans Sciences avancées .