Une étude des premiers principes révèle des interfaces pérovskites aux halogénures à terminaison Ge-Sn pour des propriétés optoélectroniques et piézoélectriques améliorées

Publié le 13 décembre 2025 à 03h20. Des chercheurs indiens ont mis en évidence le potentiel de nouvelles pérovskites, des matériaux prometteurs pour la conversion d’énergie, grâce à une modélisation informatique avancée. Ces travaux pourraient ouvrir la voie à des technologies énergétiques plus durables et efficaces, en particulier dans le domaine des cellules solaires.

• L’étude se concentre sur des pérovskites sans plomb, le chlorure de césium germanium (CsGeCl3) et le bromure de rubidium et d’étain (RbSnBr3), et révèle leurs propriétés optoélectroniques et piézoélectriques remarquables.
• La modélisation par la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) a permis d’analyser en détail la structure atomique de ces matériaux et leur comportement.
• Les simulations indiquent que CsGeCl3 présente une absorption de la lumière particulièrement forte, tandis que les deux matériaux démontrent un potentiel de génération d’électricité à partir de contraintes mécaniques.

La recherche de matériaux innovants pour le stockage et la conversion d’énergie est un enjeu majeur pour répondre aux défis climatiques. Les pérovskites, une classe de matériaux aux propriétés intéressantes, suscitent un intérêt croissant dans ce domaine. L’équipe du Pachhunga University College, dirigée par L. Celestine, R. Zosiamliana et H. Laltlanmawii, s’est concentrée sur des pérovskites alternatives, exemptes de plomb, un élément toxique souvent utilisé dans ces matériaux.

Les chercheurs ont utilisé la théorie fonctionnelle de la densité (DFT), une méthode de calcul quantique, pour modéliser la structure électronique et prédire le comportement des pérovskites CsGeCl3 et RbSnBr3. Ils ont optimisé méticuleusement la configuration atomique de ces matériaux afin d’obtenir une structure stable, en tenant compte des paramètres cellulaires, des volumes et des positions atomiques. Des techniques d’optimisation avancées et des potentiels pseudoDojo ont été employés pour garantir la précision des calculs.

Les résultats de la modélisation révèlent que CsGeCl3 adopte une structure hexagonale, avec un facteur de tolérance de 1,11, tandis que RbSnBr3 présente une structure cristalline orthorhombique, caractérisée par un facteur de tolérance de 0. Ces valeurs confirment la stabilité structurelle des deux matériaux, validée par des simulations de dynamique moléculaire qui suivent leur évolution énergétique dans le temps. L’étude a également identifié la direction (001) comme la plus stable pour les plans de clivage de surface de CsGeCl3 et RbSnBr3.

L’analyse des propriétés optoélectroniques a montré que CsGeCl3 absorbe particulièrement bien la lumière dans les régions visible et ultraviolette, tandis que les deux matériaux présentent des propriétés piézoélectriques prometteuses. La technique de polarisation en phase de Berry a permis de calculer les tenseurs piézoélectriques, démontrant ainsi leur capacité à générer de l’électricité sous l’effet d’une contrainte mécanique.

Bien que les prédictions théoriques soient encourageantes, les chercheurs soulignent la nécessité d’une validation expérimentale pour confirmer les propriétés prédites et évaluer les performances de ces matériaux dans des dispositifs réels. Cette recherche ouvre la voie à de nouvelles perspectives pour le développement de technologies énergétiques durables, notamment dans le domaine des cellules solaires à pérovskite et des dispositifs de récupération d’énergie.