De nouvelles techniques révèlent les propriétés des matériaux chiraux à l’état solide

Les molécules chirales, c’est-à-dire celles qui ont des images miroir d’elles-mêmes, présentent des avantages significatifs pour les transistors et les dispositifs à énergie solaire. L’étude approfondie de leurs propriétés s’est toutefois révélée délicate en raison des méthodes limitées permettant de le faire.

Aujourd’hui, les chercheurs ont développé de nouvelles méthodes pour obtenir un compte rendu plus complet des propriétés des matériaux chiraux à l’état solide et caractériser une propriété optique importante pour les semi-conducteurs émergents. Les résultats de cette recherche sont publiés dans Communications naturelles.

Dirigés par Peijun Guo, professeur adjoint de génie chimique et environnemental, et Diana Qiu, professeur adjoint de génie mécanique et de science des matériaux, les chercheurs ont adopté un matériau connu sous le nom de pérovskite chirale bidimensionnelle (2D) pour étudier ses propriétés chiroptiques dans leurs aspects les plus intrinsèques. forme de monocristaux.

Guo explique que les molécules chirales ont chacune des versions « gauche et droite » d’elles-mêmes et ne peuvent donc pas être superposées les unes aux autres. “Ces matériaux ont des propriétés optiques distinctes dans la mesure où la version pour gaucher réagit à la lumière différemment de la version pour droite.”

Les appareils tels que les ordinateurs, les téléphones portables ou les ordinateurs portables sont basés sur des transistors à effet de champ, essentiellement de petits appareils en silicium capables de contrôler le flux d’électrons. “Mais le problème, c’est que vous devez déplacer physiquement les électrons, et cela coûte de l’énergie, plus que si vous n’aviez pas à déplacer les électrons.”

Les semi-conducteurs comme les pérovskites chirales 2D, cependant, sont des systèmes de matériaux attrayants car ils peuvent être utilisés pour construire de nouveaux types de transistors pour ordinateurs et autres appareils électroniques à faible dissipation d’énergie. Une autre propriété intéressante de ces matériaux est ce que l’on appelle l’effet photovoltaïque global, ce qui en fait des candidats potentiels pour convertir la lumière du soleil en électricité.

Comprendre pleinement ces propriétés a été difficile, a déclaré Guo, car les chercheurs utilisaient auparavant des ensembles de mesures optiques disponibles dans le commerce pour observer des échantillons de moindre qualité. Autrement dit, a expliqué Guo, si vous fabriquez un monocristal de silicium parfait, il est difficile de mesurer ses propriétés chioptiques car les systèmes commerciaux sont incompatibles.

L’équipe de recherche de Guo-Qiu a donc développé des techniques expérimentales pour mesurer les propriétés chiroptiques du silicium monocristallin dans les matériaux chiraux de très haute qualité qu’elle a fabriqués sous forme monocristalline et a développé de nouveaux outils théoriques pour calculer les propriétés mesurées et aider à interpréter les expérience. Qiu a noté que leurs calculs théoriques ont révélé que les propriétés chioptiques mesurées sont un effet de la mécanique quantique.

“Notre travail donne aux scientifiques une procédure standardisée pour examiner une vaste bibliothèque de ces matériaux pérovskites chiraux afin d’obtenir des propriétés optiques et potentiellement électroniques induites par la chiralité importantes et utiles”, a ajouté Guo.