Métaux optiquement actifs pour les technologies de demain
Le chlorure de magnésium composé défie les règles conventionnelles du comportement métallique
Une équipe de recherche internationale dirigée par l'université de Bayreuth a découvert un métal qui combine conductivité électrique et polarité interne. Cela lui permet de présenter une génération de seconde harmonique, un effet optique généralement observé uniquement dans les non-métaux et qui présente un intérêt particulier pour les capteurs et l'ingénierie électrique. Les chercheurs ont publié leurs résultats dans le Journal of the American Chemical Society.
Le Mg₃Cl₇, synthétisé dans une cellule à enclume de diamant chauffée au laser sous haute pression et température, a été identifié comme un métal polaire présentant une génération de seconde harmonique (SHG).
Yuqing Lin
Les récentes découvertes d'une équipe internationale dirigée par l'université de Bayreuth montrent que le chlorure de magnésium (Mg₃Cl₇) défie les règles conventionnelles du comportement métallique. Alors que les métaux typiques conduisent l'électricité grâce à une "mer" d'électrons libres entourant leurs atomes, la conductivité du chlorure de magnésium se produit grâce aux électrons fournis par les ions chlorure, ce qui en fait un métal anionique. Ce mécanisme affaiblit le blindage électrique habituel des métaux et permet au composé de maintenir une séparation interne permanente des charges - une propriété connue sous le nom de polarité. Fait remarquable, ce métal polaire ne se contente pas de conduire l'électricité : lorsqu'il est exposé à la lumière, il émet de la lumière à une fréquence deux fois plus élevée. Cette combinaison rare de conductivité électrique, de polarité et de doublement de la fréquence optique n'est pas seulement inhabituelle, elle est aussi très précieuse pour des applications dans l'électronique, les capteurs et les systèmes énergétiques.
"Il est très intéressant de constater que nous avons découvert un métal qui non seulement conduit l'électricité, mais émet également de la lumière de manière inattendue", déclare le Dr Yuqing Yin, chercheur post-doctoral au sein du groupe de physique et de technologie des matériaux dans des conditions extrêmes de l'université de Bayreuth et auteur principal de l'étude. "Une telle combinaison est extrêmement inhabituelle dans la nature et ouvre des perspectives entièrement nouvelles pour la conception de matériaux multifonctionnels.
La découverte a été faite sous haute pression à l'aide d'une cellule à enclume de diamant - un instrument capable de générer des pressions comparables à celles que l'on trouve au plus profond des planètes. En utilisant d'intenses faisceaux de rayons X synchrotron, l'équipe a pu déterminer la structure cristalline du chlorure de magnésium in situ, car ce matériau n'existe que dans des conditions extrêmes. Bien qu'il ne puisse pas encore être produit en quantités industrielles, cette découverte ouvre la voie à une nouvelle classe de matériaux combinant la conductivité métallique et de précieuses propriétés optiques.
"Nous n'en sommes qu'au début", note le professeur Leonid Dubrovinsky, chercheur à l'Institut géologique bavarois (BGI) de l'université de Bayreuth et coauteur principal de la publication. "Les principes que nous avons découverts offrent de nouvelles façons de penser la chimie et la conception des matériaux. Notre travail montre que même des éléments très simples comme le magnésium et le chlore peuvent, dans les bonnes conditions, former des structures totalement inattendues aux propriétés uniques."
L'étude montre que la recherche sur les hautes pressions continue de révéler des comportements surprenants dans des éléments et des composés apparemment ordinaires. En poussant les matériaux au-delà des limites de la chimie quotidienne, les scientifiques découvrent de nouvelles règles - et de nouvelles possibilités - pour concevoir les matériaux fonctionnels de l'avenir.
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Publication originale
Yuqing Yin, Leonid Dubrovinsky, Ferenc Tasnádi, Igor A. Abrikosov, Andrey Aslandukov, Alena Aslandukova, Fariia Iasmin Akbar, Wenju Zhou, Florian Knoop, Dominique Laniel, Anna Pakhomova, Timofey Fedotenko, Konstantin Glazyrin, Gaston Garbarino, Haixing Fang, Natalia Dubrovinskaia; "High-Pressure Mg3Cl7 Synthesized in a Diamond Anvil Cell as a Polar Metal with Second-Harmonic Generation"; Journal of the American Chemical Society, Volume 147, 2025-9-2
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