L'électricité dans les matériaux désordonnés : les sauts des électrons express
Dans les matériaux désordonnés — par exemple les semi-conducteurs organiques ou les encres à base de matériaux bidimensionnels — les électrons ne se déplacent pas de manière fluide, comme l'eau dans un tuyau. Ils sautent d'un endroit à un autre, comme une balle qui rebondit sur une surface irrégulière. Ce mouvement est appelé transport par sauts.
À différentes températures, les électrons sautent différemment. À basse température, ils préfèrent sauter plus loin, mais vers des sites d'énergie similaire — c'est ce qu'on appelle les sauts à distance variable. À haute température, les sauts sont courts, uniquement vers les sites les plus proches. Les scientifiques ont créé un programme informatique qui simule ces sauts dans le matériau. Le programme tient compte de la disposition des sites de saut et de leur énergie. Il s'est avéré que ce sont précisément ces propriétés qui déterminent quel régime de sauts prédomine. Le programme a été testé sur des expériences réelles — il reproduit exactement les transitions entre les régimes et le comportement en une, deux et trois dimensions.
Désormais, les chercheurs disposent d'un outil pour prédire à l'avance comment un nouveau matériau conduira le courant. Cela accélérera le développement de l'électronique flexible, des panneaux solaires et des capteurs.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2601.01243
Hopping transport, characterized by carrier tunneling between localized states, is a key mechanism in disordered materials such as organic semiconductors, perovskites, nitride alloys, and 2D material-based inks. Two main regimes are typically observed: Variable Range Hopping and Nearest Neighbor Hopping, with a transition between them upon temperature variation. Despite numerous experimental observations, the modeling of this transition remain insufficiently explored and not fully understood. In this work, we present an in-house Monte Carlo Random Resistor Network-based simulator capable of capturing both hopping transport regimes. We demonstrate how material properties that define the network, such as localization length and the spatial and energetic distribution of sites, determine the dominant transport regime. The simulator has been successfully validated against experimental data, showing excellent agreement, reproducing the transition from one regime to the other and accurately capturing 1D, 2D and 3D variable range hopping behavior, providing both a theoretical framework for interpreting experiments and a powerful tool for studying transport mechanisms.
La conductivité par sauts explique pourquoi certains matériaux conduisent mieux le courant lorsqu'ils sont chauffés — contrairement aux métaux, qui conduisent moins bien quand ils sont chauffés.