Dans la chimie des oxydes, les scientifiques savent depuis longtemps que les défauts d’oxyde peuvent s’organiser spontanément et de manière cohérente dans tout le réseau cristallin, une fois qu’ils atteignent certaines concentrations (par exemple, un rapport entier). Cet ordre émergent peut donner naissance à des propriétés attractives. Bien que l'ordre des défauts ait été observé à de nombreuses reprises dans les oxydes de pérovskite, on ne peut pas en dire autant des pérovskites aux halogénures hybrides, composées d'un cation organique, d'un cation métallique et d'un anion halogénure.

Dans une étude publiée dans ACS Materials Letters , une équipe de recherche comprenant le professeur agrégé Takafumi Yamamoto de l'Institut de technologie de Tokyo a découvert une nouvelle pérovskite aux halogénures en couches ordonnées par défauts, mettant en lumière la façon dont l'ordre peut émerger à travers des défauts dans ces composés.

Ce travail s'inspire d'une découverte antérieure rapportée par les chercheurs, à savoir la formation de « colonnes de défauts » obtenues en introduisant l'ion thiocyanate (SCN ⁻ ) dans le réseau cristallin de FAPbI₃ pour obtenir FA₆ Pb₄ I_13.5 (SCN)_0,5 .

"Nous avons émis l'hypothèse que si la concentration de SCN dans le réseau augmentait, la quantité de défauts colonnaires de PbI augmenterait également, conduisant à différents types d'ordre de défauts, comme on le voit dans les oxydes de pérovskite ordonnés par postes vacants", explique le Dr Yamamoto. /P>

L'équipe a synthétisé FAPbI₃ poudres de pérovskite et monocristaux via des réactions à l'état solide utilisant des concentrations définies avec précision de matières premières, y compris des rapports spécifiques de SCN ^– . Ils ont constaté que lorsqu'un ratio suffisamment élevé de SCN ^– a été utilisé, la pérovskite obtenue était représentée par la formule FA₄ Pb₂ I_7.5 (SCN)_0,5 .

Ce composé en couches, comme celui rapporté précédemment, présentait également des défauts en forme de colonne couvrant toutes les couches empilées. Cependant, contrairement à FA₆ Pb₄ I_13.5 (SCN)_0,5 , dans lequel un cinquième des colonnes PbI ont fait défaut de manière ordonnée, un tiers de toutes les colonnes du nouveau FA₄ Pb₂ I_7.5 (SCN)_0,5 étaient des défauts.

La principale nouveauté de cette découverte est que le nouveau composé forme, aux côtés du précédent, ce que l'on appelle une « série homologue ». Cela signifie que les variations systématiques de la formule chimique du composé, qui peuvent être représentées à l'aide de variables entières, entraînent des modifications systématiques de ses propriétés. Dans ce cas, les chercheurs ont découvert que la bande interdite optique du matériau augmentait avec la concentration de défauts ordonnés dans le réseau.

Il convient de noter que ce travail présente la première série homologue basée sur l’ordre des défauts trouvé pour les pérovskites hybrides organiques-inorganiques. "Cette étude offre un nouveau terrain de jeu pour l'ingénierie des défauts dans les composés pérovskites hybrides organiques-inorganiques. Nous pensons que ce nouveau domaine a le potentiel de se développer par analogie avec l'ordre des défauts déjà observé dans les oxydes de pérovskite", remarque le Dr Yamamoto. /P>

"Nous avons également proposé une nouvelle stratégie pour contrôler l'ordre des défauts afin d'ajuster les propriétés optiques d'une pérovskite en incorporant SCN ^– ."

Les chercheurs espèrent que ces découvertes se traduiront par des progrès dans un domaine passionnant de la science des matériaux, conduisant à terme à de nouveaux pérovskites dotés de qualités utiles pour les technologies de nouvelle génération.