Les technologies liées à la transition et à la numérisation vertes nécessitent d'énormes quantités d'éléments chimiques différents. « Nous ne pouvons pas décider quels éléments nous pouvons trouver de la croûte terrestre au sein de l'UE. Par conséquent, nous devons développer de nouveaux matériaux à partir des éléments disponibles », déclare le chercheur principal Akseli Mansikkamäki.
Par exemple, actuellement plus de 70 éléments différents – qui représentent plus des trois quarts des éléments naturels – ont besoin de fabriquer un téléphone. Au moins la moitié d'entre eux sont répertoriés comme matières premières critiques par l'Union européenne. Cela rend l'industrie de l'UE, la technologie de défense et la lutte contre le changement climatique en fonction des pays étrangers. L'instabilité géopolitique aggrave encore cette vulnérabilité.
Le groupe de recherche de Mansikkamäki à l'Université d'Oulu, en Finlande, développe des molécules qui pourraient être utilisées dans les technologies futures. Les matériaux qui peuvent être construits à partir de ces types de molécules pourraient être utilisés pour remplacer les matières premières critiques.
Dans une étude récente publiée dans Chimie physique physique chimiqueMansikkamäki et la chercheuse doctorale Anand Chekkottu Parambil ont exploré comment les molécules magnétiques pourraient être construites à partir des métaux lourds dits-groupes. Ces métaux comprennent des éléments tels que Tin, le plomb et le bismuth.
Ils sont disponibles en grande quantité, mais en tant que métaux, ils ne sont pas magnétiques et ils n'ont pas beaucoup d'utilisations, par exemple, en microélectronique. Mais en tant que parties de molécules, elles peuvent être utilisées pour construire des matériaux magnétiques pour les composants futurs.
« En d'autres termes, nous essayons de faire en sorte que les éléments chimiques ordinaires fassent des choses que nous n'avons jamais pensé faire », explique Mansikkamäki.
La conception de nouveaux matériaux est une recherche fondamentale à la frontière entre la chimie et la physique
Le travail mené dans le groupe de recherche de Mansikkamäki est une recherche fondamentale qui vise à étudier comment les propriétés nécessaires aux technologies futures peuvent être transmises en molécules et en matériaux. La recherche effectuée à l'Université d'Oulu utilise des méthodes informatiques et théoriques hautes performances. Des expériences pratiques sont menées en collaboration avec des groupes de recherche canadiens et britanniques.
Mansikkamäki a obtenu son doctorat en chimie mais maintenant il travaille en physique théorique.
« La chimie et la physique théorique n'est pas une combinaison très courante, mais en tant que contexte éducatif, il est assez optimal lorsque vous voulez comprendre comment les molécules et la haute technologie sont liées », explique Mansikkamäki.
Aujourd'hui, les matériaux basés sur de nouveaux types de molécules sont encore à un stade précoce du développement et les applications pratiques sont peu nombreuses. Le plein potentiel de ces matériaux dans les technologies futures est toujours découvert.
« Pour l'avenir de notre société, il est essentiel que le fondement scientifique du développement de nouveaux matériaux soit créé aujourd'hui », résume Mansikkamäki. « Compte tenu de la politique mondiale, à l'avenir, la transition vers des matériaux de stade de développement supérieur dans l'UE est inévitable. »
