Une étude révolutionnaire menée par une équipe de recherche collaborative a découvert une méthode permettant d’induire et de contrôler la polarisation et la polarité des métaux, surmontant ainsi les défis traditionnels associés au mouvement libre des électrons et à la structure symétrique du métal. En utilisant des champs flexoélectriques sur le ruthénate de strontium, l’équipe a réalisé une avancée décisive dans la science des matériaux, promettant d’améliorer l’efficacité et la longévité des appareils électroniques. Crédit : Issues.fr.com
Dans le domaine de la science des matériaux, les concepts de polarisation et de polarité sont généralement liés aux isolants. Imaginez cependant si nous pouvions introduire ces propriétés dans les métaux. Cela pourrait réduire les pertes de puissance associées à semi-conducteurs et améliorer la longévité des batteries utilisées dans les appareils électroniques. Jusqu’à présent, malgré des recherches universitaires intensives visant à induire la polarisation et la polarité des métaux, les technologies actuelles ont été confrontées à des défis importants.
Percée récente grâce aux efforts collaboratifs du professeur Daesu Lee du département de physique de l’Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH), du professeur Tae Won Noh et du Dr Wei Peng du département de physique et d’astronomie de l’Université nationale de Séoul (SNU), et le professeur Se Young Park du département de physique de l’université Soongsil (SSU) ont conduit à la découverte d’une méthode permettant d’induire et de contrôler la polarisation et les états de polarité au sein des métaux.
Cette recherche révolutionnaire a été récemment publiée dans la revue Physique naturelle.
Défis liés à l’induction de la polarisation
Les électrons libres dans les métaux, compte tenu de leur nom, présentent un mouvement illimité, ce qui rend difficile leur alignement dans des directions spécifiques pour induire une polarisation ou des états de polarité. De plus, la structure symétrique des cristaux métalliques aux deux extrémités a toujours posé des problèmes pour induire ces effets électriques.
Cependant, l’équipe de recherche a utilisé des champs flexoélectriques pour mettre en œuvre des états de polarisation et de polarité dans les métaux. Ce type de champ apparaît lorsque la surface d’un objet subit une déformation non uniforme, permettant la manipulation du mouvement des charges et des caractéristiques électriques en modifiant subtilement la structure de réseau des métaux.
(En haut) Représentation schématique de l’obtention d’états métalliques polarisés grâce à un champ flexoélectrique
(En bas) Imagerie à l’échelle atomique du métal polarisé SrRuO3 Crédit : POSTECH
L’équipe a appliqué une pression externe au ruthénate de strontium largement utilisé (SrRuO3) dans le domaine des composants électroniques et des semi-conducteurs, générant un champ flexoélectrique. Cet oxyde métallique, caractérisé par une hétéroépitaxie, où des cristaux d’oxyde de strontium et de ruthénium de formes différentes croissent dans la même direction, possède une structure centrosymétrique.
Le champ flexoélectrique a modifié les interactions électroniques et la structure du réseau au sein du ruthénate de strontium, conduisant à une induction réussie de polarisation au sein du métal, provoquant une transformation de ses propriétés électriques et mécaniques et brisant la structure symétrique centrale. En utilisant la polarisation flexoélectrique et le contrôle d’un métal ferromagnétique, l’équipe de recherche a réussi à percer le mystère entourant la mise en œuvre de la polarisation et de la polarité au sein des substances métalliques.
Impact et applications futures
Le chercheur principal de l’étude, le professeur Daesu Lee de POSTECH, a souligné : « Nous sommes les premiers chercheurs à vérifier la mise en œuvre universelle des états de polarité au sein des substances métalliques. J’espère que les résultats de cette étude s’avéreront bénéfiques pour la création de dispositifs hautement efficaces dans les domaines des semi-conducteurs et de l’électricité.
Ce travail a été soutenu par le programme de recherche à mi-carrière de la Fondation nationale de recherche de Corée et par le programme de centre de recherche de l’Institut des sciences fondamentales de Corée.
