Des flashs multiplient par 50 le photocourant de l’oxyde de bismuth

Un film gris pâle devient jaune vif sous l’effet d’un flash d’une durée inférieure à une milliseconde. Dans le laboratoire de Shahar Artzi et Ronen Gottesman, à Jérusalem, ce changement de couleur a signalé un nouvel agencement atomique dans l’oxyde de bismuth — ainsi qu’un photocourant jusqu’à 50 fois supérieur à celui de la forme habituelle du matériau.

L’astuce consiste à ne chauffer que le mince revêtement semi-conducteur. Les impulsions de lumière blanche de l’équipe ont porté le film à près de 2 000 °C, tandis que le verre conducteur transparent situé dessous est resté sous les 100 °C. Les fours conventionnels chauffent les deux couches ensemble, et le verre comme son revêtement conducteur ne supportent pas une température bien supérieure à 500–600 °C.

L’oxyde de bismuth peut prendre deux formes cristallines, ou polymorphes — des agencements atomiques différents ayant la même composition chimique. Les flashs plus longs ont produit la phase alpha stable ; les flashs plus courts et plus puissants ont piégé la phase bêta, moins stable, à température ambiante. La structure bêta absorbe une gamme plus large de lumière visible et a produit entre 10 et 50 fois plus de photocourant, selon la manière dont le film a été préparé.

Le timing de l’impulsion comptait davantage que l’énergie totale délivrée : deux impulsions d’énergie identique ont produit des matériaux différents lorsque cette énergie a été délivrée à des vitesses différentes. Les chercheurs ont également pu faire passer plusieurs fois le film de la phase alpha à la phase bêta, et inversement, directement sur du verre conducteur transparent.

Qu’est-ce qui change en pratique ? Un procédé qui pourrait à terme améliorer les technologies solaires permettrait d’éviter d’exposer toute la structure de l’appareil à une chaleur extrême. Le résultat immédiat est une méthode pour tester des structures cristallines à haute température sur des surfaces utilisées dans les cellules solaires et les écrans tactiles, tout en maintenant le verre de support au frais. L’étude reste un résultat de laboratoire, et les chercheurs présentent les applications plus larges comme un potentiel, et non comme une technologie déployée.