pérovskite

Un film transparent d'oxyde de bismuth-tungstène repose sur un substrat et ne conduit pas le courant. Trois minutes dans un nuage de plasma d'azote suffisent pour qu'il noircisse et que sa résistance chute d'un facteur un milliard.

Trois armoires remplies de pierres. Dans la première, des grains métalliques et un minéral gris, l'enstatite ; dans la deuxième, les mêmes grains, mais avec des veines rouillées ; dans la troisième, des argiles stratifiées, gonflées d'eau. Ces trois ensembles proviennent de météorites tombées sur Terre, des chondrites.

Dans un fragment de la météorite EET 87720, trouvé dans les glaces de l'Antarctique, repose un grain de sable rose. C'est de la spinelle, un minéral presque absent des uréilites, et ici il a atteint un demi-millimètre. Une telle découverte est comme une capsule temporelle issue d'une fusion précoce : elle s'est figée alors que le corps parent commençait tout juste à refroidir.

Dans une fine couche de cristal liquide, les molécules sont généralement disposées comme des allumettes dans une boîte : alignées dans une même direction, mais de manière désordonnée — certaines pointent vers le haut, d'autres vers le bas. Pour que toutes les allumettes pointent dans le même sens, il faut une architecture moléculaire particulière.

La lumière frappe une cellule solaire — et à l'intérieur naissent des charges qui ont chaud. Comme un coureur après un sprint, elles transportent un excès d'énergie. Pour délivrer du courant dans le circuit extérieur, elles doivent refroidir et gagner les bords du cristal. Si le refroidissement traîne, une partie de l'énergie se perd en pure perte.

Dans un film mince de pérovskite — un matériau pour panneaux solaires bon marché — la lumière crée des paires de charges : un électron et un « trou ». Ils doivent atteindre les électrodes et produire un courant, mais beaucoup disparaissent en chemin. Où exactement ? C'est la question dont dépend l'efficacité de la batterie.

Une batterie solaire à pérovskite, c'est comme une jeune athlète : au début, elle donne d'excellents résultats, mais avec l'âge, elle se fatigue. En huit heures, ses performances chutent nettement, et aucune cause visible comme des fissures ou de la poussière n'apparaît. Des scientifiques ont pris une batterie et ont relevé ses mesures à la 0e, 90e, 280e et 480e minute de sa vie.

Un versant de montagne après une chute de neige semble être un amas chaotique. Mais mesurez les irrégularités : les dénivelés obéissent à des lois mathématiques strictes. La modélisation stochastique révèle que ces processus aléatoires ne le sont pas tout à fait.

Par grand froid — moins 268 degrés — une couche cristalline de pérovskite commence à transmettre la lumière différemment selon sa polarisation. Le faisceau semble se dédoubler : une partie va un peu plus vite, l'autre un peu plus lentement.

Les pérovskites hybrides sont les étoiles montantes de la photovoltaïque : leur efficacité progresse si vite qu'on croirait être au seuil d'une révolution solaire. Mais ces matériaux, véritables mosaïques d'atomes, sont extrêmement fragiles : l'humidité, la chaleur et la lumière les réduisent rapidement en poussière.

En 2019, un invité inhabituel a fait irruption dans le Système solaire : la comète 3I/ATLAS. Elle venait d'une autre étoile, et pour la première fois, les astronomes ont pu examiner la composition de sa queue de poussière.

L'atmosphère de Titan, découverte par Christiaan Huygens, est opaque aux télescopes ordinaires. Mais la spectroscopie révèle des « fenêtres » de transparence — d'étroites zones où le brouillard se dissipe.

Les cristaux de pérovskite captent la lumière du soleil presque comme le silicium, mais ils coûtent trois fois rien. Leur problème, c'est une fragilité innée : la chaleur et l'eau ordinaire de l'air les rendent « malades ».

Une barre métallique chauffée devient soudainement rigide et perd ou gagne des propriétés magnétiques. Dans les alliages à base de nickel et de manganèse, ces transformations ne se produisent pas progressivement mais par sauts : les atomes se réorganisent dans un nouvel ordre et le matériau change de comportement.

Un grain de sable minuscule, plus vieux que la Terre, a été découvert dans le météorite Meteorite Hills 00526. Sa taille est d'environ un millième de millimètre. Il se compose de trois parties : un silicate de magnésium et de calcium, de l'oxyde d'aluminium et une particule d'oxyde de titane.

Le plutonium est un métal au caractère bien trempé. L'une de ses formes se contracte lorsqu'on la refroidit, une autre gonfle. Mais à température ambiante, l'alliage se comporte étrangement : la règle indique une chose, les rayons X en montrent une autre.

Un cristal, c'est comme une ville : si les rues sont tortueuses, la circulation s'embourbe. Dans un cristal, les rangées d'atomes jouent le rôle des rues, et la circulation, c'est le flux d'électrons. La moindre irrégularité, impureté ou déplacement d'atome fait dévier les électrons.

Un supraconducteur est un matériau qui, lorsqu'il est fortement refroidi, perd sa résistance électrique : le courant le traverse sans perte. Des scientifiques ont pris un cristal stratifié de PdTe2, semblable à une pile de feuilles de papier, et l'ont refroidi à une température inférieure à 1,8 kelvin (soit environ -271°C).

Un alliage de palladium et de tellure, auquel on a ajouté un peu d'or, se comporte comme un fil qui perd sa résistance lorsqu'on le refroidit.

Un panier tressé en osier tient sa forme grâce à l'entrelacement des brins. Un motif similaire — des triangles imbriqués dans un réseau plat — a été découvert dans un nouveau cristal de formule Cs₃V₉Te₁₃. Ici, les atomes de vanadium forment deux ensembles de triangles qui se traversent mutuellement, comme des fils dans un tissu.

Le cristal de titanate de baryum ressemble à une foule où chaque personne tient une flèche indicateur. À l'état normal, les flèches pointent dans des directions différentes, mais si l'on applique un champ électrique, elles se tournent toutes d'un coup dans la même direction.

Une fine pellicule d'oxyde de nickel, épaisse de quelques dizaines de nanomètres, est comme une feuille de papier pliée des centaines de fois. À température ambiante, elle conduit l'électricité, mais il suffit de la refroidir légèrement pour qu'elle devienne isolante.

Une batterie solaire, c'est comme un cœur : si on la force à battre à un rythme anormal, elle se fatigue vite. En général, on teste les cellules en appliquant une tension inverse, mais dans la vie réelle, l'ombre d'une feuille ou d'un oiseau oblige les cellules voisines à laisser passer un courant qui n'est pas le leur.

Un faisceau lumineux dessine un motif sur un cristal mince, et le long de ce motif, la chaleur se déplace dans la direction voulue, comme l'eau dans un canal creusé. C'est ainsi que fonctionne la nouvelle méthode pour contrôler les flux d'énergie sur des distances de quelques dizaines de nanomètres — des centaines de fois plus fines qu'un cheveu humain.

Un cristal de la taille d'une moitié de boîte d'allumettes a été cultivé dans un four, où une zone fondue rampait lentement le long d'une tige, laissant derrière elle des couches parfaitement ordonnées.

Titan, la plus grande lune de Saturne, est enveloppé d'une épaisse brume orangée. Elle est composée d'hydrocarbures et d'autres molécules organiques qui naissent lorsque la lumière solaire décompose le méthane et l'azote dans les couches supérieures de l'atmosphère.

Une feuille de papier des centaines de fois plus fine qu'un cheveu humain — c'est à peu près l'épaisseur du film d'oxyde de vanadium cultivé par les scientifiques. À l'intérieur de ce film, les électrons, ces minuscules porteurs de courant électrique, se déplacent presque sans collision.

Tester des molécules pour les panneaux solaires, c'est un peu comme goûter une nouvelle sauce dans un restaurant où le chef change toutes les cinq minutes. Les perturbations (humidité, propreté du substrat, méthode de dépôt) masquent l'effet réel.

L'électron ressemble à une toupie minuscule — il tourne constamment sur lui-même. Cette propriété est appelée spin et elle est cruciale pour les technologies quantiques. Mais en conditions normales, l'environnement fait rapidement perdre son élan à la rotation, comme le sable sur une surface qui fait trébucher la toupie.

L'oxyde d'argent et de niobium AgNbO₃ est un mille-feuille d'atomes d'argent, de niobium et d'oxygène. À température ambiante, il se comporte comme un diélectrique ordinaire, mais si on le refroidit, les atomes commencent à se déplacer et le cristal acquiert une polarisation électrique — comme l'aiguille d'une boussole, sauf qu'au…

Lorsqu'une jeune étoile éjecte des jets de gaz, ceux-ci percutent le nuage environnant comme un poing s'enfonçant dans un oreiller. Au point d'impact, le gaz est comprimé et chauffé : c'est une onde de choc. Dans cette zone brûlante, les atomes et les molécules simples entrent en collision et s'assemblent en composés plus volumineux, appelés molécules organiques complexes.

Une boîte quantique de la taille de quelques milliers d'atomes scintille comme une ampoule défectueuse. Tantôt elle s'illumine vivement, tantôt elle s'éteint presque. On pensait auparavant que dans les moments sombres, elle émettait non seulement des photons uniques, mais aussi des paires supplémentaires – un défaut pour la communication quantique.

La lumière émise par les minuscules cristaux de pérovskite évoque une chorale où les voix se font entendre tantôt en solo, tantôt en duo harmonieux. Jusqu'ici, ce duo ne pouvait être capté qu'à très basse température, presque au froid cosmique. Désormais, la chorale chante à température ambiante.

Un faisceau de lumière à polarisation circulaire tombe sur un cristal de pérovskite MAPbI3. Les électrons à l'intérieur du cristal se comportent comme de minuscules toupies dont les axes s'alignent le long du faisceau. Ce phénomène est appelé orientation optique des spins.

Parfois, une traînée de feu traverse le ciel nocturne. C'est un morceau de roche venu de l'espace qui brûle dans l'air, et la couleur de l'éclair permet de lire de quels éléments il était composé. Des astronomes ont pointé des caméras sensibles sur ces éclairs et, parmi 180 clichés, ont trouvé deux pierres qui ne ressemblent pas à la plupart des étoiles filantes.

Le faisceau d'une lampe de poche dans le brouillard s'étale déjà après quelques mètres. Les particules de lumière se dispersent dans toutes les directions, comme une foule sur une place. Mais parfois, elles peuvent marcher en formation, sans se disperser ni se mélanger. C'est une telle marche qui a été obtenue dans un minuscule cristal de pérovskite. Le cristal a été placé entre deux miroirs.

Les articles scientifiques paraissent plus vite que les humains ne peuvent les lire et les systématiser. Dans le domaine des cellules solaires à pérovskite, la principale base de données s'est figée en 2021, alors que les recherches battent leur plein. Désormais, PERLA vient à la rescousse : une base vivante et autonome qui suit elle-même le flux des publications.

Dans un cristal, les atomes occupent généralement leur place attitrée, comme des passagers dans un avion avec leurs billets. Mais dans ce matériau, le cuivre et le tantale ont pris des positions au hasard — comme si les billets avaient été mélangés. Les scientifiques ont observé le cristal à l'aide de rayons X et ont constaté que le désordre n'est pas seulement sur le papier, mais dans la disposition même des atomes.

Dans les profondeurs de l'espace, à plus de 12 milliards d'années-lumière, le télescope James Webb a aperçu une galaxie qui semble être une invitée des premiers jours de l'Univers.

Un cube de tantalate de potassium se comporte comme un diélectrique ordinaire : il ne stocke pas le champ électrique. Mais si l'on fait croître ce matériau en fine pellicule sur un substrat d'un autre cristal, tout change.