Des scientifiques de l'EPFL ont fait une découverte importante sur la structure du titanate de baryum, un matériau utilisé dans les objets du quotidien. Leurs découvertes réfutent les théories existantes sur le déplacement des atomes du matériau.

Le titanate de baryum est un matériau ferroélectrique utilisé dans presque tous les appareils électroniques - ordinateurs, smartphones et même des voitures électriques. Il est utilisé pour fabriquer les capteurs et les condensateurs sur lesquels ils fonctionnent, par exemple. « Un seul smartphone possède généralement environ 700 condensateurs contenant du titanate de baryum, et des milliards de ces condensateurs sont fabriqués chaque année, " dit Dragan Damjanovic, professeur à l'EPFL et responsable du Groupe Ferroélectrique et Oxydes Fonctionnels à la Faculté d'Ingénieurs de l'EPFL. Malgré l'utilisation généralisée du titanate de baryum, cependant, les chercheurs ne comprennent toujours pas pleinement comment cela fonctionne. "Il existe bien sûr des modèles théoriques, mais certaines de leurs prédictions clés n'ont jamais été confirmées expérimentalement. C'est donc ce que nous avons décidé de faire, " dit Damjanovic.

L'un des microscopes les plus puissants au monde

Emad Oveisi, chercheur senior au Centre interdisciplinaire de microscopie électronique de l'EPFL, suggéré que Damjanovic et son Ph.D. L'étudiant Sina Hashemizadeh utilise le Titan Themis de son centre, l'un des microscopes électroniques les plus puissants au monde, pour ses recherches. Le Titan Themis a permis aux scientifiques d'observer les structures théatomiques du titanate de baryum et du titanate de baryum-strontium dans la phase cubique. C'était en 2015, quand ils ont obtenu les premières images; il a fallu encore cinq ans pour analyser et vérifier leurs résultats. "Jusqu'à maintenant, les chercheurs croyaient que les atomes se déplacent dans plusieurs directions dans un laps de temps très court. Mais nos expériences ont montré qu'ils ont tendance à préférer certaines directions, ce qui signifie qu'il existe des zones de taille nanométrique où tous les atomes se déplacent de la même manière. Cela change complètement notre vision de ces matériaux et de leur structure atomique, " dit Oveisi. Étant donné que leurs découvertes contredisaient la pensée actuelle, les scientifiques voulaient s'assurer qu'ils avaient raison. Ils ont donc testé et vérifié leurs résultats plusieurs fois, y compris avec des pairs en Slovénie, Autriche et Japon. C'est pourquoi il a fallu cinq ans pour finaliser les résultats. L'étude vient d'être publiée dans Communication Nature .

Des phénomènes à petite échelle avec des répercussions à grande échelle

Grâce aux méthodes avancées d'analyse d'images, les scientifiques ont pu identifier où dans le matériau les atomes se déplacent de manière ordonnée. "Quand on parle de mouvements, nous parlons en fait de déplacements qui ont lieu à l'échelle du picomètre, c'est-à-dire un ordre de grandeur plus petit que les atomes eux-mêmes, " dit Oveisi. Damjanovic ajoute :" Même si les déplacements sont extrêmement faibles, elles ont des répercussions à bien plus grande échelle. Par exemple, si nous exposons les zones nanométriques que nous avons identifiées à un champ électrique à haute fréquence comme ceux des smartphones, les zones se réchauffent. » Les découvertes de son équipe pourraient donc être extrêmement utiles pour mieux comprendre la perte d'énergie dans ces types de matériaux.

Alors, quelle est la prochaine étape ? « La recherche est sans fin ! » dit Damjanovic. « La question de savoir si le déplacement nanométrique joue vraiment un rôle dans le chauffage du matériau doit être testée. Et si c'est le cas, la prochaine étape sera de développer des matériaux où la taille de la zone de déplacement est minimisée afin d'améliorer les propriétés du matériau."