Des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) ont découvert un nouvel halogénure de cuivre alcalin, Cs 5 Cu 3 Cl 6 je 2 , qui émet une lumière bleue pure. La combinaison des deux ions halogénures, chlorure et iodure, confère au matériau une structure cristalline faite de chaînes en zigzag et des propriétés particulières qui se traduisent par une photoluminescence très efficace. Ce nouveau composé pourrait être facilement utilisé pour produire des LED blanches relativement peu coûteuses et respectueuses de l'environnement et réduire l'énergie utilisée dans la génération de lumière artificielle quotidienne.

La lumière artificielle représente environ 20 % de l'électricité totale consommée dans le monde. Compte tenu de la crise environnementale actuelle, cela rend la découverte de matériaux électroluminescents économes en énergie particulièrement importante, surtout ceux qui produisent de la lumière blanche. Au cours de la dernière décennie, les avancées technologiques en éclairage à semi-conducteurs, le sous-domaine de la recherche sur les semi-conducteurs concerné par les composés électroluminescents, a conduit à l'utilisation généralisée des LED blanches. Cependant, la plupart de ces LED sont en fait une puce LED bleue recouverte d'un matériau luminescent jaune; la lumière jaune émise combinée à la lumière bleue restante produit la couleur blanche.

Par conséquent, un moyen de réduire la consommation d'énergie des lampes LED blanches modernes est de trouver de meilleurs semi-conducteurs émettant du bleu. Malheureusement, aucun composé émetteur bleu connu n'était simultanément très efficace, facilement traitable, durable, respectueux de la nature, et fabriqués à partir de matériaux abondants - jusqu'à maintenant.

Dans une étude récente, Publié dans Matériaux avancés , une équipe de scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo, Japon, découvert un nouvel halogénure de cuivre alcalin, Cs 5 Cu 3 Cl 6 je 2 , qui remplit tous les critères. Contrairement aux Cs 3 Cu 2 je 5 , un autre candidat prometteur à émission bleue pour les futurs appareils, le composé proposé a deux halogénures différents, chlorure et iodure. Bien que des matériaux aux halogénures mixtes aient déjà été essayés, Cs 5 Cu 3 Cl 6 je 2 possède des propriétés uniques qui émergent spécifiquement de l'utilisation des ions I et Cl-.

Il s'avère que Cs 5 Cu 3 Cl 6 je 2 forme une chaîne en zigzag unidimensionnelle à partir de deux sous-unités différentes, et les maillons de la chaîne sont exclusivement pontés par des ions I. Les scientifiques ont également découvert une autre caractéristique importante :sa bande de valence, qui décrit les niveaux d'énergie des électrons dans différentes positions de la structure cristalline du matériau, est presque plat (d'énergie constante). À son tour, cette caractéristique rend les trous photo-générés – des pseudoparticules chargées positivement qui représentent l'absence d'un électron photoexcité – « plus lourds ». Ces trous ont tendance à s'immobiliser en raison de leur forte interaction avec les ions I, et ils se lient facilement aux électrons libres voisins pour former un petit système appelé exciton.

Les excitons induisent des distorsions dans la structure cristalline. Tout comme le fait que l'on aurait du mal à se déplacer au sommet d'un grand filet suspendu qui est considérablement déformé par son propre poids, les excitons sont piégés par leur propre effet. Ceci est crucial pour la génération très efficace de lumière bleue. Professeur Junghwan Kim, qui a dirigé l'étude, explique : « Les excitons auto-piégés sont des formes localisées d'énergie optiquement excitée ; la recombinaison éventuelle de leur paire électron-trou constitutive provoque une photoluminescence, l'émission de lumière bleue dans ce cas."

En plus de son efficacité, Cs 5 Cu 3 Cl 6 je 2 a d'autres propriétés intéressantes. Il est exclusivement composé de matériaux abondants, ce qui le rend relativement peu coûteux. De plus, il est beaucoup plus stable dans l'air que le Cs 3 Cu 2 je 5 et d'autres composés d'halogénure de cuivre alcalin. Les scientifiques ont découvert que les performances du Cs 5 Cu 3 Cl 6 je 2 ne se dégrade pas lorsqu'il est stocké dans l'air pendant trois mois, tandis que des composés émettant de la lumière similaires se sont moins bien comportés après quelques jours seulement. Finalement, Cs 5 Cu 3 Cl 6 je 2 ne nécessite pas de plomb, un élément hautement toxique, ce qui le rend globalement respectueux de l'environnement.

Le professeur Kim a conclu, "Nos résultats offrent une nouvelle perspective pour le développement de nouveaux candidats aux halogénures de cuivre alcalin et démontrent que le Cs 5 Cu 3 Cl 6 je 2 pourrait être un matériau prometteur émettant du bleu. » La lumière apportée par cette équipe de scientifiques conduira, espérons-le, à une technologie d'éclairage plus efficace et plus respectueuse de l'environnement.