Les oxydes métalliques sont de nature abondante et au cœur des technologies telles que la photocatalyse et le photovoltaïque. Pourtant, beaucoup souffrent d'une mauvaise conduction électrique, causée par une forte répulsion entre les électrons dans les atomes métalliques voisins.
Des chercheurs de HZB et des institutions partenaires ont montré que les impulsions légères peuvent temporairement affaiblir ces forces répulsives, réduire l'énergie requise pour la mobilité des électrons et provoquer un comportement de type métal. Cette découverte offre une nouvelle façon de manipuler les propriétés des matériaux avec une lumière, avec un potentiel élevé pour des appareils à base de lumière plus efficaces. Le document est publié dans la revue Avancées scientifiques.
Dans la plupart des oxydes métalliques, les électrons se comportent comme des voitures coincées dans la circulation: de fortes forces répulsives les empêchent de se déplacer dans des sites voisins déjà occupés par d'autres électrons, les gelant efficacement en place. Les matériaux régis par ces répulsions (ou corrélations) conduisent mal de l'électricité et sous-performes, par exemple, la conversion de l'énergie solaire.
Des chercheurs de HZB et d'institutions partenaires ont maintenant montré que des impulsions de lumière ultra-terrible d'une durée de quelques dizaines de clostosecondes peuvent temporairement affaiblir ces forces répugnantes. Pendant un bref instant, les électrons sont capables de se déplacer à un coût énergétique inférieur, ce qui fait que le matériau se comporte plus comme un métal. Contrairement aux méthodes conventionnelles qui reposent sur la température, la pression ou les modifications chimiques pour modifier la conduction, cette approche utilise la lumière pour obtenir le même effet à des échelles de temps ultraffites.
Pour capturer cet effet sur les échelles de temps ultrarapides, l'équipe HZB s'est associée à plusieurs partenaires. L'expérience a eu lieu au lacus de Lausanne (Suisse), un centre spécialisé dans la science ultra-rapide, tandis que la caractérisation de l'échantillon, l'analyse des données et les simulations ont été réalisées en utilisant une infrastructure HZB.
L'équipe s'est concentrée sur l'oxyde de nickel (NIO), un isolant de transfert de charge avec une structure électronique similaire aux supraconducteurs à haute température. Dans NIO, ils ont obtenu un contrôle sans précédent: la réduction des échelles de répulsion électronique linéairement avec une intensité légère, persiste pour des centaines de picosecondes et se détend à l'équilibre au même rythme quelle que soit la densité d'excitation.
Dans l'ensemble, ces propriétés ouvrent de nouvelles perspectives passionnantes pour des dispositifs à base de lumière plus efficaces et des technologies de nouvelle génération combinant de grandes gammes de fonctionnement dynamiques avec des vitesses de commutation ultra-rapides.
