Une équipe de chercheurs, dirigé par l'Université du Minnesota, ont découvert un nouveau matériau à couche mince à l'échelle nanométrique avec la conductivité la plus élevée de sa catégorie. Le nouveau matériau pourrait conduire à de plus petits, plus rapide, et une électronique plus puissante, ainsi que des cellules solaires plus efficaces.

La découverte est publiée aujourd'hui dans Communication Nature , une revue en libre accès qui publie des recherches de haute qualité dans tous les domaines des sciences naturelles.

Les chercheurs disent que ce qui rend ce nouveau matériau si unique, c'est qu'il a une conductivité élevée, qui aide l'électronique à conduire plus d'électricité et à devenir plus puissante. Mais le matériau a aussi une large bande interdite, ce qui signifie que la lumière peut facilement traverser le matériau, le rendant optiquement transparent. Dans la plupart des cas, matériaux à large bande interdite, ont généralement une faible conductivité ou une mauvaise transparence.

"La conductivité élevée et la large bande interdite en font un matériau idéal pour fabriquer des films conducteurs optiquement transparents qui pourraient être utilisés dans une grande variété d'appareils électroniques, y compris l'électronique haute puissance, affichages électroniques, des écrans tactiles et même des cellules solaires dans lesquelles la lumière doit traverser l'appareil, " dit Bharat Jalan, un professeur de génie chimique et de science des matériaux de l'Université du Minnesota et le chercheur principal de l'étude.

Actuellement, la plupart des conducteurs transparents de nos appareils électroniques utilisent un élément chimique appelé indium. Le prix de l'indium a considérablement augmenté au cours des dernières années, augmentant considérablement le coût de la technologie d'affichage actuelle. Par conséquent, il y a eu d'énormes efforts pour trouver des matériaux alternatifs qui fonctionnent aussi, ou encore mieux, que les conducteurs transparents à base d'indium.

Dans cette étude, les chercheurs ont trouvé une solution. Ils ont développé un nouveau film mince conducteur transparent en utilisant une nouvelle méthode de synthèse, dans laquelle ils ont fait pousser un film mince de BaSnO3 (une combinaison de baryum, étain et oxygène, appelé stannate de baryum), mais a remplacé la source d'étain élémentaire par un précurseur chimique de l'étain. Le précurseur chimique de l'étain a des propriétés uniques, propriétés radicalaires qui ont amélioré la réactivité chimique et grandement amélioré le processus de formation d'oxyde métallique. Le baryum et l'étain sont tous deux nettement moins chers que l'indium et sont disponibles en abondance.

"Nous avons été assez surpris de voir à quel point cette approche non conventionnelle a fonctionné la toute première fois que nous avons utilisé le précurseur chimique de l'étain, " a déclaré Abhinav Prakash, étudiant diplômé en génie chimique et en science des matériaux de l'Université du Minnesota, le premier auteur de l'article. "C'était un gros risque, mais cela a été une grande avancée pour nous."

Jalan et Prakash ont déclaré que ce nouveau processus leur a permis de créer ce matériau avec un contrôle sans précédent sur l'épaisseur, composition, et la concentration des défauts et que ce processus devrait être parfaitement adapté à un certain nombre d'autres systèmes de matériaux où l'élément est difficile à oxyder. Le nouveau processus est également reproductible et évolutif.

Ils ont en outre ajouté que c'était la qualité structurellement supérieure avec une concentration de défauts améliorée qui leur avait permis de découvrir une conductivité élevée dans le matériau. Ils ont dit que la prochaine étape est de continuer à réduire les défauts à l'échelle atomique.

"Même si ce matériau a la conductivité la plus élevée dans la même classe de matériaux, il y a beaucoup de place pour l'amélioration en plus, au potentiel exceptionnel de découverte d'une nouvelle physique si nous diminuons les défauts. C'est notre prochain objectif, " dit Jalan.