Les chercheurs ont attiré l'attention il y a trois ans lorsqu'ils ont signalé qu'une pérovskite bidimensionnelle - un matériau avec une structure cristalline spécifique - composée de césium, le plomb et le brome ont émis une forte lumière verte. Les cristaux qui produisent de la lumière sur le spectre vert sont souhaitables car la lumière verte, bien que précieux en soi, peut également être relativement facilement converti en d'autres formes qui émettent de la lumière bleue ou rouge, ce qui le rend particulièrement important pour les applications optiques allant des dispositifs électroluminescents aux outils de diagnostic sensibles.

Mais il n'y avait pas d'accord sur la façon dont le cristal, CsPb 2 Br 5 , produit la photoluminescence verte. Plusieurs théories ont émergé, sans réponse définitive.

Maintenant, cependant, chercheurs des États-Unis, le Mexique et la Chine, dirigé par un ingénieur électricien de l'Université de Houston, ont rapporté dans le journal Matériaux avancés ils ont utilisé des techniques sophistiquées d'optique et de cellule à enclume de diamant à haute pression pour déterminer non seulement le mécanisme de l'émission de lumière, mais aussi comment la reproduire.

Ils ont d'abord synthétisé le CsPb 2 Br 5 à partir d'un matériau apparenté connu sous le nom de CsPbBr 3 et a constaté que la cause première de l'émission de lumière est une petite prolifération de nanocristaux composés de ce matériau d'origine, poussant au bord de la CsPb 2 Br 5 cristaux. Alors que CsPbBr 3 , le cristal de base, est tridimensionnel et apparaît vert sous la lumière ultraviolette, le nouveau matériel, CsPb 2 Br 5 , a une structure en couches et est optiquement inactif.

"Maintenant que le mécanisme d'émission de cette lumière est compris, il peut être reproduit, " dit Jiming Bao, professeur agrégé de génie électrique et informatique à l'UH et auteur correspondant de l'article. "Les deux cristaux ont la même composition chimique, un peu comme le diamant contre le graphite, mais ils ont des propriétés optiques et électroniques très différentes. Les gens pourront intégrer les deux matériaux pour fabriquer de meilleurs appareils. »

Les applications potentielles vont des cellules solaires à l'éclairage LED et à d'autres appareils électroniques.

Bao a commencé à travailler sur le problème en 2016, un projet qui a finalement impliqué 19 chercheurs de l'UH et d'institutions en Chine et au Mexique. À l'époque, il y avait deux écoles de pensée scientifique sur l'émission de lumière du cristal de césium :qu'il émettait de la lumière verte en raison d'un défaut, principalement un manque de brome, plutôt que le matériau lui-même, ou qu'une variation a été involontairement introduite, entraînant l'émission.

Son groupe a commencé par la synthèse d'un échantillon propre en laissant tomber CsPbBr 3 poudre dans l'eau, résultant en des cristaux aux arêtes vives. Les bords les plus nets émettaient une lumière verte plus forte, dit Bao.

Les chercheurs ont ensuite utilisé un microscope optique pour étudier les cristaux individuels du composé, ce qui, selon Bao, leur a permis de déterminer que bien que le composé soit transparent, "quelque chose se passait au bord, résultant en la photoluminescence."

Ils se sont appuyés sur la spectroscopie Raman - une technique optique qui utilise des informations sur la façon dont la lumière interagit avec un matériau pour déterminer les propriétés de réseau du matériau - pour identifier les nanocristaux du matériau source d'origine, CsPbBr 3 , le long des bords du cristal comme source de lumière.

Bao a dit CsPbBr 3 est trop instable pour être utilisé seul, mais la stabilité de la forme convertie n'est pas entravée par la petite quantité du cristal d'origine.

Les chercheurs ont déclaré que la nouvelle compréhension de l'émission de lumière offrira de nouvelles opportunités pour concevoir et fabriquer de nouveaux dispositifs optoélectroniques. Les techniques utilisées pour comprendre le composé césium-plomb-halogénure peuvent également être appliquées à d'autres matériaux optiques pour en savoir plus sur la façon dont ils émettent de la lumière, dit Bao.