Des matériaux optoélectroniques capables de convertir l'énergie de la lumière en électricité, et l'électricité en lumière, ont des applications prometteuses en tant qu'émetteur de lumière, récupération d'énergie, et les technologies de détection. Cependant, les appareils faits de ces matériaux sont souvent en proie à l'inefficacité, perdre une énergie utile importante sous forme de chaleur. Pour briser les limites actuelles de l'efficacité, de nouveaux principes de conversion lumière-électricité sont nécessaires.

Par exemple, de nombreux matériaux qui présentent des propriétés optoélectroniques efficaces sont contraints par la symétrie d'inversion, une propriété physique qui limite le contrôle par les ingénieurs des électrons dans le matériau et leurs options pour concevoir des dispositifs nouveaux ou efficaces. Dans une recherche publiée aujourd'hui dans Nature Nanotechnologie , une équipe de scientifiques et d'ingénieurs en matériaux, dirigé par Jian Shi, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à l'Institut polytechnique Rensselaer, utilisé un gradient de déformation afin de briser cette symétrie d'inversion, créant un nouveau phénomène optoélectronique dans le matériau prometteur bisulfure de molybdène (MoS 2 )-pour la première fois.

Pour briser la symétrie d'inversion, l'équipe a placé un oxyde de vanadium (VO 2 ) fil sous une feuille de MoS 2 . Le bisulfure de molybdène est un matériau souple, Shi a dit, il a donc déformé sa forme d'origine pour suivre la courbe du VO 2 câble, créant un dégradé dans son réseau cristallin. Imaginez ce qui se passerait si vous placiez un morceau de papier sur un crayon posé sur une table. La tension variée créée dans le papier est comme le gradient de contrainte formé dans le MoS 2 treillis.

Ce dégradé, Shi a dit, brise la symétrie d'inversion du matériau et permet de manipuler les électrons voyageant à l'intérieur du cristal. La photo-réponse unique observée près du gradient de contrainte permet à un courant de circuler à travers le matériau. C'est ce qu'on appelle l'effet flexo-photovoltaïque, et il pourrait être exploité pour concevoir de l'optoélectronique nouvelle et/ou à haut rendement.

"C'est la première démonstration d'un tel effet dans ce matériau, " dit Shi. " Si nous avons une solution qui ne crée pas de chaleur pendant la conversion photon-électricité, alors les appareils ou circuits électroniques pourraient être améliorés."

L'oxyde de vanadium est très sensible à la température, l'équipe a donc également pu démontrer que l'effet flexo-photovoltaïque entraînait une dépendance à la température sur le site où le MoS 2 et VO 2 les matériaux se rencontrent, en modifiant le gradient du treillis en conséquence.

"Cette découverte suggère un nouveau principe qui pourrait être utilisé pour la télédétection thermique, " a déclaré Jie Jiang, un chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Shi et le premier auteur de cet article.

Ce que l'équipe a pu démontrer ici, Shi a dit, montre non seulement de grandes promesses pour ce matériau, mais suggère également le potentiel d'utiliser une telle approche dans l'ingénierie d'autres matériaux avec des propriétés optoélectroniques favorables qui sont en proie à la symétrie d'inversion.