Lorsque les scientifiques et les ingénieurs découvrent de nouvelles façons d'optimiser les matériaux existants, il ouvre la voie à des innovations qui rendent tout, de nos téléphones et ordinateurs à nos équipements médicaux plus petits, plus rapide, et plus efficace.

Selon une étude publiée aujourd'hui par Nature Journal NPG Asie Matériaux , un groupe de chercheurs dirigé par Edwin Fohtung, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux au Rensselaer Polytechnic Institute - ont trouvé une nouvelle façon d'optimiser le nickel en débloquant des propriétés qui pourraient permettre de nombreuses applications, des biocapteurs à l'informatique quantique.

Ils ont démontré que lorsque le nickel est transformé en extrêmement petit, nanofils monocristallins et soumis à une énergie mécanique, un énorme champ magnétique est produit, un phénomène connu sous le nom de magnétostriction géante.

Inversement, si un champ magnétique est appliqué au matériau, alors les atomes à l'intérieur changeront de forme. Ce déplacement pourrait être exploité pour récupérer de l'énergie. Cette caractéristique, Fohtung a dit, est utile pour le stockage et la collecte de données, même des biocapteurs. Bien que le nickel soit un matériau commun, sa promesse dans ces domaines n'était pas connue auparavant.

"Imaginez construire un système avec de grandes surfaces de nanofils. Vous pourriez le placer dans un champ magnétique externe et il récolterait une très grande quantité d'énergie mécanique, mais ce serait extrêmement petit, " a déclaré Fohtung.

Les chercheurs ont découvert cette propriété unique grâce à une technique appelée microscopie sans lentille, dans lequel un synchrotron est utilisé pour recueillir des données de diffraction. Ces données sont ensuite connectées à des algorithmes informatiques pour produire des images 3D de la densité électronique et du déplacement atomique.

En utilisant une approche big data, Fohtung a dit, cette technique peut produire de meilleures images que les microscopes traditionnels, donner plus d'informations aux chercheurs. Il combine la physique computationnelle et expérimentale avec la science des matériaux, une intersection de ses multiples domaines d'expertise.

"Cette approche est capable de voir des objets extrêmement petits et de découvrir des choses que l'on n'aurait jamais imaginées sur ces matériaux et leurs utilisations, " dit Fohtung. " Si vous utilisez des lentilles, il y a une limite à ce que vous pouvez voir. Il est déterminé par la taille de votre objectif, la nature de votre objectif, la courbure de votre objectif. Sans lentilles, notre résolution est limitée par la longueur d'onde du rayonnement."

Fohtung a utilisé cette même technique pour montrer que l'hexaferrite de baryum, un matériau universel et abondant souvent utilisé dans les bandes, CD, et les composants informatiques - a une polarisation magnétique et électrique spontanée simultanément qui augmente et diminue lorsqu'elle est exposée à un champ électrique. La propriété, connue sous le nom de ferroélectricité, est utile pour l'écriture rapide, Economie d'énergie, et stockage de données. Ces résultats ont été récemment publiés dans Examen physique B .

Fohtung pense que l'approche sans lentille de l'étude des substances permettra aux chercheurs d'en apprendre encore plus sur les matériaux à l'état solide, comme ceux utilisés dans les appareils technologiques. Cela pourrait même permettre une meilleure compréhension des tissus et cellules humains, qui pourrait être vu dans un habitat plus naturel en utilisant cette technique.

"Ce qui m'excite tellement, c'est le potentiel pour l'avenir. Il y a tellement de matériaux existants que nous ne sommes tout simplement pas en mesure de comprendre les applications potentielles, " a déclaré Fohtung.