Des chercheurs de l'Université de Bayreuth ont découvert un matériau inhabituel :lorsqu'il est refroidi à deux degrés Celsius, sa structure cristalline et ses propriétés électroniques changent brusquement et de manière significative. Dans ce nouvel état, les distances entre les atomes de fer peuvent être ajustées à l'aide de faisceaux lumineux. Cela ouvre des possibilités intéressantes d'application dans le domaine des technologies de l'information. Les scientifiques ont présenté leur découverte dans la revue Angewandte Chemie—Édition internationale . Les nouvelles découvertes sont le résultat d'une étroite coopération avec des installations partenaires à Augsbourg, Dresde, Hambourg, et Moscou.

Le matériau est une forme inhabituelle d'oxyde de fer de formule Fe₅O₆. Les chercheurs l'ont produit à une pression de 15 gigapascals dans un laboratoire à haute pression de l'Institut de recherche bavarois de géochimie expérimentale et de géophysique (BGI) basé à l'Université de Bayreuth. Si la température descend à deux degrés Celsius, comme on peut le trouver dans un réfrigérateur ménager plutôt froid, un changement structurel soudain se produit :ions fer, qui s'enchaînent en longues chaînes à des températures plus élevées, se réorganiser en paires à la place. Deux ions de fer forment une liaison entre eux, qui se compose d'un seul électron partagé seulement.

L'application sélective de rayons lumineux provenant d'une source externe peut intervenir dans la formation de cette nouvelle structure cristalline. S'ils ont une longueur d'onde appropriée, ils sont capables de rompre la liaison entre deux ions fer particuliers :la paire d'ions se sépare. Par conséquent, les ions de fer individuels commencent à se déplacer quelque peu, ce qui signifie que leur éloignement les uns des autres et leur changement d'état physique. "Cette influence ciblée sur l'espacement atomique aux températures du réfrigérateur, qui sont faciles à réaliser industriellement, a un grand potentiel d'application dans le secteur informatique. Ça peut être utilisé, par exemple, dans les ordinateurs quantiques, pour les éléments de stockage mesurant seulement quelques nanomètres, ou pour des commutateurs tout aussi minuscules, " explique le Dr Sergey Ovsyannikov de BGI, premier auteur de la publication.

La synthèse et l'étude de l'oxyde de fer Fe₅O₆ sont d'une importance fondamentale pour clarifier les relations entre la structure cristalline des oxydes de fer et leurs propriétés physiques. C'est une autre conclusion de l'étude maintenant publiée. De façon intéressante, la distance entre les ions fer, qui sont enfilés en chaînes à des températures ambiantes normales, semble déterminer exactement à quelle température inférieure se produit le changement structurel soudain susmentionné, et les nouvelles propriétés qui en résultent apparaissent. "Ces résultats fournissent une base précieuse pour le développement de nouveaux matériaux pour les technologies de l'information, " déclare le professeur Leonid Dubrovinsky de BGI, qui a coordonné les travaux de recherche.

Le changement structurel important que les chercheurs ont maintenant découvert dans l'oxyde de fer Fe₅O₆ est connu en physique sous le nom de « transition charge-ordre de Verwey ». Jusqu'à maintenant, une telle transition dépendante de la température, qui s'accompagne d'un changement des propriétés électroniques et autres, n'avait été bien étudiée que dans l'oxyde de fer Fe₃O₄. Dans ce matériau, cependant, les changements ne se produisent que lorsque la température descend à moins 153 degrés Celsius. A cette température de transition, toute application des technologies de l'information serait difficile à mettre en œuvre.