Un matériau cristallin qui change de forme en réponse à la lumière pourrait former le cœur de nouveaux dispositifs activés par la lumière. Les cristaux de pérovskite ont reçu beaucoup d'attention pour leur efficacité à convertir la lumière du soleil en électricité, mais de nouveaux travaux menés par des scientifiques de KAUST montrent que leurs utilisations potentielles s'étendent bien au-delà de la couche de collecte de lumière des panneaux solaires.

La photostriction est la propriété de certains matériaux de subir un changement de déformation interne, et donc la forme, avec exposition à la lumière. Les matériaux photostrictifs organiques offrent le plus grand changement de forme rapporté à ce jour en réponse à la lumière - un paramètre connu sous le nom de coefficient photostrictif - mais leur réponse est lente et instable dans des conditions ambiantes.

Ingénieur électricien KAUST Jr-Hau Lui et ses collègues ont recherché la photostriction dans une nouvelle famille de matériaux, les pérovskites. "Les pérovskites sont l'un des matériaux optiques les plus chauds, " dit He. Ses travaux montrent maintenant que leurs propriétés optiques intéressantes ne se limitent pas à la récupération de l'énergie solaire. Les chercheurs ont testé une pérovskite appelée MAPbBr3 et ont révélé qu'elle avait un comportement de photostriction fort et robuste.

Pour tester en profondeur les capacités de photostriction du matériau, l'équipe a développé une nouvelle méthode. Ils ont utilisé la spectroscopie Raman, qui sonde les vibrations moléculaires au sein de la structure. Lorsqu'il est baigné de lumière, la photostriction altère la déformation interne du matériau, qui modifie alors le schéma interne des vibrations. En mesurant le décalage du signal Raman lorsque le matériau a été placé sous pression mécanique, l'équipe a pu calibrer la technique et ainsi l'utiliser pour quantifier l'effet de la photostriction.

"Nous avons démontré que la spectroscopie Raman in situ avec microscopie confocale est un outil de caractérisation puissant pour mesurer de manière pratique la déformation intrinsèque du réseau photo-induite, " dit Tzu-Chiao Wei, un membre de l'équipe. "La même approche pourrait être appliquée pour mesurer la photostriction dans d'autres matériaux, " il ajoute.

Le matériau pérovskite s'est avéré avoir un coefficient de photostriction significatif de 1,25%. Les chercheurs ont également montré que la photostriction de la pérovskite était en partie due à l'effet photovoltaïque, le phénomène au cœur de la plupart des opérations de cellules solaires. La génération spontanée de charges positives et négatives lorsque la pérovskite est baignée de lumière polarise le matériau, ce qui induit un mouvement des ions dont est composé le matériau.

La photostriction robuste et stable de la pérovskite la rend utile pour une gamme d'appareils possibles, dit Wei. "Nous utiliserons ce matériau pour fabriquer des dispositifs optoélectroniques de nouvelle génération, y compris les dispositifs commutables à distance sans fil et d'autres applications contrôlées par la lumière, " il dit.