C'est un petit changement qui fait une grande différence. Des chercheurs ont mis au point une méthode qui utilise un changement de température d'un degré pour modifier la couleur de la lumière émise par un semi-conducteur. La méthode, qui utilise un semi-conducteur à couche mince déposé au-dessus d'un matériau de substrat sensible à la chaleur, offre une voie pour déclencher électroniquement des changements dans les propriétés des matériaux semi-conducteurs.

"Nous pouvons changer la couleur de la lumière que le matériau émet avec seulement un petit changement de la température du substrat, " dit Jian Shi, professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux à l'Institut polytechnique Rensselaer. "Si vous pouvez manipuler un matériau par la température, vous pouvez aussi potentiellement le manipuler avec de la tension, et fabriquer un appareil électronique, et c'est important. Vous pouvez désormais contrôler électroniquement les longueurs d'onde d'émission."

La recherche est détaillée dans "Interactions non linéaires électron-réseau dans un semi-conducteur Wurtzite activé via un oxyde fortement corrélé, " publié dans une édition récente de Matériaux avancés .

Les scientifiques des matériaux comme Shi développent des matériaux avec des propriétés qui peuvent permettre de nouvelles technologies ou mieux s'adapter aux technologies actuelles. En substance, il y a trois options principales pour changer les propriétés d'un matériau :changer la composition, changer la température, ou modifier la pression sur le matériau. Chacun a ses avantages et ses inconvénients, et un matériau adapté aux applications commerciales doit être économique et présenter les propriétés nécessaires dans des conditions relativement courantes.

Dans cette recherche, Shi s'est concentré sur l'utilisation de la pression pour modifier la composition du réseau électronique, ou la symétrie, de sulfite de cadmium, et modifier ses propriétés. L'utilisation de la pression globale présente des pièges potentiels :il faut beaucoup d'énergie pour modifier l'interaction électron-réseau d'un matériau par la pression; générer cette énergie peut nécessiter l'utilisation d'un appareil encombrant qui rend le matériau inaccessible pour les applications ; et de nombreux matériaux ont une faible tolérance à la déformation et se briseront en fait avant de pouvoir être suffisamment déformés pour provoquer de nouvelles propriétés. Par exemple, le sulfite de cadmium en vrac se brisera à une déformation de 0,1 pour cent, ce qui ne suffit pas à modifier son interaction électron-réseau, et donc ses propriétés matérielles.

Pour surmonter ces écueils, L'approche de Shi utilise un film mince de semi-conducteur - qui peut tolérer une plus grande déformation que le matériau en vrac - déposé sur un matériau de substrat qui se déforme considérablement lorsqu'il est soumis à seulement un léger changement de température. Le film mince de sulfite de cadmium, peut tolérer au moins un pour cent de déformation sans éclater, un avantage de 10 fois sur le matériau en vrac. Le matériau du substrat, dioxyde de vanadium, subit une transformation de phase de métal à isolant entre 6 et 8 degrés Celsius, changer le volume du matériau et exercer une pression sur le semi-conducteur en couche mince déposé sur sa surface.

En combinant le semi-conducteur à couche mince robuste avec le substrat sensible à la température, Shi est capable de soumettre facilement le semi-conducteur à de fortes contraintes.

La méthode pourrait être étendue à une variété de semi-conducteurs à couche mince et à des substrats qui subissent une transition de phase à partir de la pression, ainsi que la température, ou le dopage électrostatique.

Significativement, les résultats suggèrent également le potentiel de production d'une tension à partir d'énergie thermique, ce qui pourrait conduire à la récupération d'énergie thermique.

« Si vous modifiez la constante de réseau et la symétrie d'un matériau, Parfois, vous pouvez générer de l'énergie, comme un pic de courant, " dit Shi. " Si nous pouvons changer l'énergie thermique en électricité en changeant la symétrie du matériau, nous pouvons récolter de l'énergie thermique."