AMES, Iowa – Les chercheurs ont développé de nouveaux types de matériaux qui combinent deux ou trois types de nanoparticules dans des structures qui présentent de nouvelles propriétés fondamentales telles que la superfluorescence.

« Le but de cette recherche est de fabriquer de nouveaux matériaux avec de nouvelles propriétés et/ou de nouvelles structures exotiques », a déclaré Alex Travesset, professeur de physique et d’astronomie à l’Iowa State University et scientifique associé au laboratoire Ames du département américain de l’Énergie.  » Ces matériaux sont constitués de très minuscules matériaux, les nanoparticules, et donnent lieu à des propriétés qui ne sont pas partagées par des matériaux plus traditionnels constitués d’atomes et de molécules. »

Dans ce cas, une équipe de recherche internationale combine des nanocubes de pérovskite (de minuscules cristaux dotés de propriétés électriques ou optiques utiles) avec des nanoparticules sphériques pour former une structure régulière et répétitive appelée supergrille. Les chercheurs ont réussi à assembler trois supergrilles différentes, dont l’une montrait une superfluorescence, tandis que l’autre ne l’était pas.

« C’est un exemple de la façon dont la structure détermine la fonction », a déclaré Travesset.

Les chercheurs ont rapporté leur découverte dans un article qui vient d’être publié dans la revue. Nature qui a également fait la couverture du numéro.

Maksym Kovalenko, professeur de chimie et de biosciences appliquées à l’ETH Zürich, l’Institut fédéral suisse de technologie, est le chef de projet et l’auteur correspondant de l’article. Ihor Cherniukh, doctorant à l’ETH Zürich, en est le premier auteur.

C’est la première fois que ces nanoparticules sont combinées, ont rapporté les chercheurs dans l’article.

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Travesset, dont le site Web du campus l’identifie comme un professeur de « Tout sur les nanoparticules », a déclaré qu’il avait fourni au groupe des conseils théoriques et informatiques qui établissaient les structures possibles et faisaient également des prédictions quantitatives.

Il s’est avéré que les prédictions étaient en accord avec les résultats expérimentaux.

Travesset a déclaré que le projet montre que c’est « la structure qui détermine les propriétés optoélectroniques. Ce sont des propriétés qui dépendent des structures réelles, de la façon dont les particules sont disposées ».

Une subvention de 385 000 $ sur quatre ans de la National Science Foundation a soutenu le travail de Travesset sur le projet.

Les chercheurs de l’ETH Zürich ont assemblé les nanoparticules et les chercheurs d’IBM Research Europe ont mesuré les propriétés superfluorescentes des nanoparticules.

Bien que l’objectif de ce projet était de faire progresser la science fondamentale, Travesset a déclaré que la découverte fondamentale conduirait à certaines utilisations pratiques, telles que des sources de lumière quantique ultra-brillantes.

Les matériaux pérovskites sont très efficaces pour convertir la lumière du soleil en électricité, c’est pourquoi ils sont à l’étude pour une utilisation dans les cellules solaires. Maintenant, avec les techniques d’assemblage découvertes dans ce projet, Travesset a déclaré que différentes nanoparticules pourraient être combinées pour produire de nouveaux matériaux aux propriétés complémentaires simultanées.

« Maintenant, nous pouvons prendre les propriétés étonnantes des pérovskites », a déclaré Travesset, « et les combiner avec des nanoparticules aux propriétés complémentaires et des matériaux de conception qui remplissent plusieurs fonctions en même temps. »

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Lire le papier

« Superréseaux de type pérovskite de nanocubes de pérovskite aux halogénures de plomb », Nature, 28 mai 2021

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L’équipe de recherche

Iowa State University, Laboratoire Ames : Alejandro Travesset

ETH Zürich, École polytechnique fédérale de Suisse : Maksym Kovalenko, Ihor Cherniukh, Gabriele Rainò, Maryna Bodnarchuk

IBM Research Europe, Zurich : Thilo Stöferle, Rainer Mahrt

Institut Paul Scherrer, Suisse : Max Burian

Université de technologie de Graz, Autriche : Denys Naumenko, Heinz Amenitsch

Empa, Laboratoires fédéraux suisses de recherche et d’essais sur les matériaux : Rolf Erni

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