Les propriétés si particulières du niobate de strontium dévoilées

Le niobate de strontium (ou plus exactement la famille des oxydes de niobate de strontium) est un semi-conducteur capable de photocatalyse à la lumière solaire. Des chercheurs de l’Université nationale de Singapour, en collaboration avec des chercheurs de l’Université de Berkeley en Californie et du Lawrence Berkeley National Laboratory ont publié deux études dans lesquelles ils ont scruté les propriétés du niobate de strontium. A la clé deux découvertes étonnantes : un nouveau type de plasmon et une activité photocatalytique qui n’est pas liée à l’activité interbande. Pour le Dr. Wan Dongyang, chercheur à la NUS Nanoscience and Nanotechnology Institute, impliqué dans les deux études publiées, la clé du succès a été la capacité des équipes à produire des films cristallins de niobate de strontium de haute qualité, permettant ainsi son étude dans de très nombreuses conditions. Les films ont été préparé par dépôt laser pulsé (PLD) à différents pressions partielles d’oxygène sur des substrats isolants.

Une photocatalyse particulière

Récemment, une poudre d’oxyde métallique de niobate de strontium a montré des propriétés photocatalytiques compétitives sous la lumière visible. Ces propriétés ont été attribuées aux phénomènes de transition des électrons dans ce composé. Cette découverte majeure a ouvert de nouvelles perspectives pour trouver des photocatalyseurs peu chers et efficaces. Cependant, les chercheurs de l’université de Singapour ont montré que les propriétés photocatalytiques du niobate de strontium ne sont pas dues à la fréquence d’absorption de l’interbande. En effet, leurs travaux, publiés dans Nature Communications aboutissent à une mesure du gap (bande interdite) plutôt élevé de 4,1 électron-volts (eV). Leurs prédécesseurs l’avaient estimé à 2eV afin d’expliquer la capacité d’absorption des photons dans le spectre visible de ce composé (688 nm équivalent à peu près à 1,8eV). Par ailleurs, la vitesse de mobilité des électrons s’est avéré basse (seulement 2.47 cm2 V−1 s−1) alors que la densité est plutôt élevée ( 1022 cm−3). Pour les chercheurs, cette propriété photocatalytique dans le spectre visible et proche infra-rouge proviendrait alors de la résonance plasmon, née de la grande densité de ce matériau et non de la transition interbande. Un résultat qui pourrait amener à de nouvelles approches pour fabriquer des photocatalyseurs dans de nombreuses applications à commencer par l’extraction d’hydrogène à partir de l’eau.

Une nouvelle famille de plasmon

La deuxième étude publiée par l’université de Singapour dans Nature Communications a porté sur la caractérisation des plasmons de la famille des oxydes de niobate de strontium. Cette étude dévoile un nouveau type de plasmon: les chercheurs l’ont baptisé “correlated plasmons” en anglais ; Trouvé sur un oxyde qui se présente comme un isolant de Mott (composé isolant qui selon la théorie devrait être conducteur), c’est un plasmon qui réagit à de multiples fréquences et qui a une faible perte dans le visible ou les ultraviolets. Ce type de plasmons est en outre ajustable : il diminue par exemple quand la l’épaisseur du film diminue. « Cette découverte ouvre de nouveaux horizons pour la plasmonique et notamment en reconsidérant certains matériaux isolants ou fortement corrélés jusque-là inexploités », explique ainsi l’un des chercheurs.

Sophie Hoguin