Phonons acoustiques dans les perovskites hybrides halogénées pour le photovoltaïque |
 |
De grands progrès ont été réalisés récemment dans le domaine du photovoltaïque avec le développement de composés pérovskites hybrides halogénés, permettant des rendements de photo-conversion supérieurs à 23%. Ces matériaux sont des « organo-halogénures de plomb », composés d’ions organiques (carbone, hydrogène et azote) au sein d’un réseau minéral régulier d’halogène et de plomb. Du fait de leur nature hybride, il est important de comprendre le lien entre les propriétés électroniques de ces matériaux, leur structure et leur dynamique de réseau.
Pour y parvenir, le LLB a réalisé des études par diffusion cohérente de neutrons et par diffusion Brillouin, en collaboration avec l’INSA de Rennes, dans le cadre de la thèse en co-tutelle d’Afonso Ferreira. Les spectres des phonons acoustiques de quatre composés phares de type APbX3 ont été mesurés, avec, pour le groupe A, deux cations différents, le méthylammonium (CH3NH3+=MA) ou le formamidinium (HC(NH2)2+=FA) et, pour l’halogène X, de l’iode ou du brome. Les monocristaux nécessaires ont été synthétisés à l’Institut des sciences chimiques de Rennes ainsi qu’à l’Université KAUST (Arabie-Saoudite). Cette étude a permis d’obtenir le jeu complet des constantes élastiques de ces matériaux, représentées sur la figure. On voit que la constante élastique longitudinale principale diminue fortement en fonction du paramètre cristallin de la phase cubique. Les mesures révèlent la faiblesse des constantes élastiques de cisaillement dans les quatre composés, indiquant des matériaux très mous. Par ailleurs les deux matériaux iodés, cruciaux pour les applications photovoltaïques, possèdent de très faibles résistances à la compression.
La résistance des matériaux aux contraintes mécaniques extérieures est un enjeu majeur au même titre que la résistance à l’humidité, à la température ou au rayonnement. Nos mesures ouvrent de nouvelles voies pour l’amélioration de la fiabilité des dispositifs photovoltaïques utilisant ces matériaux comme couche active.
Contact : Philippe Bourges et Afonso Ferreira.
 |
L’effet Hall de spin à la lumière du deuxième principe de la thermodynamique |
Le couplage spin-orbite dans un conducteur parcouru par un courant électrique peut se décrire comme un champ magnétique effectif interne. Une propriété remarquable de ce champ effectif est qu’il agit sur les charges de façon opposée suivant l’orientation des spins qui y sont attachés. Autrement dit, il opère un tri entre les deux populations de porteurs définies par leurs spins (en haut ou en bas). On observe alors une accumulation de spins aux bords de l’échantillon : c’est l’effet Hall de spin.
La question qui se pose est de savoir si le système va générer un « courant de spin pur » transverse en régime stationnaire, ou s’il va plutôt générer un champ électrique fonction du spin. Cette question est cruciale du point de vue des applications, car elle détermine l’efficacité d’un convertisseur de courant de charge en courant de spin. Cependant, on sait que l’extension du deuxième principe de la thermodynamique aux systèmes hors équilibre impose à l’état stationnaire de dissiper le moins de puissance possible. Ainsi, il est important de comprendre si le système contraint va générer ou pas ces courants de spins dissipatifs dans le cadre du deuxième principe.
Les résultats de notre étude sont assez surprenants et dépendent de la géométrie du dispositif. Dans le cas de la barre de Hall (figure de gauche), le système va annuler le courant de spin en générant un champ électrique qui dépend du spin. Cependant, dans le cas du disque Corbino, pour lequel le générateur est connecté à deux électrodes concentriques, le système est plus contraint, et les courants de spin sont générés dans le disque (figure de droite).
Contact : Jean-Eric Wegrowe (LSI)
