Des scientifiques japonais sont tombés sur une méthode simple pour contrôler l'introduction de défauts, appelés « couches vacantes », " en oxynitrures de pérovskite, entraînant des modifications de leurs propriétés physiques. L'approche, publié dans la revue Communication Nature , pourrait aider au développement de photocatalyseurs.

Les oxynitrures sont des composés inorganiques formés d'oxygène, l'azote et d'autres éléments chimiques. Ils ont attiré beaucoup d'attention ces dernières années en raison de leurs propriétés intéressantes, avec des applications dans les dispositifs optiques et mémoire, et dans les réactions photocatalytiques, par exemple.

En 2015, le chimiste à l'état solide Hiroshi Kageyama de l'Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) de l'Université de Kyoto et son équipe ont indiqué qu'ils avaient trouvé un moyen de fabriquer des oxynitrures en utilisant un processus de traitement à l'ammoniac à plus basse température que la méthode conventionnelle qui nécessite plus de 1, 000 degrés C). Le nouveau procédé a produit une poudre polycristalline avec des couches d'atomes d'oxygène manquants, connu sous le nom d'avions à vide d'oxygène.

L'équipe a voulu examiner les propriétés physiques de cet oxynitrure, ils l'ont donc cultivé sous la forme d'un film mince monocristallin sur un substrat. "Mais les couches de manque d'oxygène dans le film résultant étaient dans un plan différent de celui de la poudre d'origine, " dit Kageyama. Ils se sont demandé si le substrat sous-jacent influençait l'orientation des couches de lacunes d'oxygène.

L'équipe a fait pousser un film d'oxyde de strontium vanadium (SrVO 3 ) sur différents substrats et traité dans l'ammoniac à une basse température de 600 degrés C. Le plan des couches de lacunes d'oxygène et leur périodicité - leur fréquence d'apparition dans les autres couches du film - a changé en fonction du degré d'inadéquation entre le "réseau contraintes' dans le substrat et le film sus-jacent. La déformation du réseau est une force appliquée par le substrat qui provoque un léger déplacement des atomes d'un matériau par rapport à leur position normale.

"Même si les chimistes à l'état solide savent que les plans de défauts d'oxygène jouent un rôle important dans la modification des propriétés des oxydes, comme l'induction de la supraconductivité, nous n'avons pas été en mesure de contrôler leur formation avant, " dit Kageyama.

Les oxydes sont généralement synthétisés à l'aide de réactions à haute température, rendant difficile le contrôle de leurs structures cristallines. L'utilisation d'une température et d'une contrainte inférieures dans cette expérience était la clé du succès.

"Notre équipe a développé une méthode pour créer et contrôler la direction et la périodicité des couches de lacunes d'oxygène dans les oxydes en couches minces simplement en appliquant une contrainte, " dit Kageyama. " Puisque l'énergie de déformation est extrêmement grande, aussi grand que des milliers de degrés Celsius, nous pouvons l'utiliser pour stabiliser de nouvelles structures qui ne se forment pas autrement."

Kageyama dit qu'il serait intéressant d'étudier comment change l'épaisseur du film d'oxyde, ou la température et le temps de réaction, pourrait également affecter l'orientation et la périodicité des couches de lacunes d'oxygène.