(À gauche) Une NC complètement isolée est étudiée à l'aide d'un faisceau d'électrons (EELS), pour déterminer son énergie de bande interdite. (À droite) Un NC de la même taille entouré de voisins est également sondé, pour laquelle l'énergie de bande interdite mesurée est différente. D'où, il doit y avoir un couplage entre les NC adjacents pour qu'ils «moyennent» leurs énergies de bande interdite. Crédit :Universiteit van Amsterdam (UVA)
Des chercheurs de l'Université d'Amsterdam (UvA), en collaboration avec des partenaires japonais, ont déterminé la relation entre l'énergie de la bande interdite de nanocristaux de bromure de plomb au césium (CsPbBr
Nanocristaux et pérovskites
Les CN sont extrêmement petites, environ mille fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain. En raison de leur petite taille, la structure énergétique des cristaux est radicalement différente de celle du matériau en vrac. En réalité, l'énergie de la bande interdite dépend de la taille de la CN.
Le terme « pérovskites » fait référence à la classe de matériaux à structure cristalline sous la forme ABX3, et portent le nom du minéralogiste russe Lev Perovski. Récemment, Les pérovskites attirent beaucoup d'attention en raison de leur potentiel pour le photovoltaïque à haut rendement et à faible coût. Dans les CN CsPbBr3, les avantages des pérovskites et des NC sont combinés, et ils sont donc un matériau prometteur pour diverses applications optoélectroniques.
Le montage expérimental
La technique de pointe employée par les chercheurs, est appelée spectroscopie de perte d'énergie électronique à faible perte (EELS) et résulte d'excitations à faible énergie, c'est-à-dire des électrons de valence. Il s'agit donc d'une analogie avec la spectroscopie d'absorption. En utilisant EELS avec un microscope à transmission électronique à balayage (STEM) avec une résolution spéciale ultra-élevée, permet aux chercheurs de mesurer les dimensions et l'emplacement de la CN avec une précision exceptionnellement élevée, en parallèle. De cette façon, l'absorption d'énergie est directement mappée sur des NC individuelles qui sont soit intégrées dans un ensemble (elles ont des voisins) soit complètement isolées. De cette façon, une relation intime entre la taille NC, la bande interdite de forme et d'énergie est établie.
Interaction et couplage entre nanocristaux proximaux
En déterminant la bande interdite énergétique de nombreux nanocristaux individuels en fonction de leur taille, les chercheurs ont découvert que les petites NC isolées semblent avoir une énergie de bande interdite plus élevée qu'une NC de la même taille entourée de voisins. Et inversement, un grand NC a une énergie de bande interdite plus faible s'il est isolé que lorsqu'il est intégré dans un ensemble. Leur résultat montre que deux NC adjacentes ne « fusionnent » pas simplement lors de l'interaction et se présentent comme un cristal plus grand, mais plutôt « moyen » leurs bandes interdites. Ceci fournit la preuve directe d'un couplage efficace entre les NC où leur bande interdite énergétique et donc leur structure énergétique, est influencé par les voisins. Ces informations uniques sur le comportement d'interaction des NC voisins ouvrent la voie à la conception ciblée de grandes structures quantiques et de solides à points quantiques, composé de NCs avec des propriétés sélectives servant de blocs de construction.
