Dans une nouvelle étude révolutionnaire, des scientifiques et des ingénieurs de l'Université du Minnesota ont transformé électriquement le sulfure de fer, un matériau non magnétique abondant et peu coûteux, également connu sous le nom de « l'or des fous » ou de la pyrite, en un matériau magnétique.

C'est la première fois que des scientifiques transforment électriquement un matériau entièrement non magnétique en un matériau magnétique, et cela pourrait être la première étape dans la création de nouveaux matériaux magnétiques précieux pour des dispositifs de mémoire informatique plus économes en énergie.

La recherche est publiée dans Avancées scientifiques , une revue scientifique à comité de lecture publiée par l'American Association for the Advancement of Science (AAAS).

"La plupart des gens connaissant le magnétisme diraient probablement qu'il était impossible de transformer électriquement un matériau non magnétique en un matériau magnétique. Quand nous avons regardé un peu plus loin, cependant, nous avons vu un itinéraire potentiel, et l'a fait arriver, " a déclaré Chris Leighton, le chercheur principal de l'étude et un professeur distingué de l'Université McKnight de l'Université du Minnesota au Département de génie chimique et de science des matériaux.

Leighton et ses collègues, dont Eray Aydil à l'Université de New York et Laura Gagliardi (chimie) à l'Université du Minnesota, ont étudié le sulfure de fer, ou "l'or des fous, " depuis plus d'une décennie pour une utilisation possible dans les cellules solaires. Le soufre en particulier est un sous-produit très abondant et peu coûteux de la production de pétrole. Malheureusement, les scientifiques et les ingénieurs n'ont pas trouvé le moyen de rendre le matériau suffisamment efficace pour réaliser un faible coût, cellules solaires abondantes sur terre.

« Nous sommes vraiment retournés au matériau de sulfure de fer pour essayer de comprendre les obstacles fondamentaux au bon marché, cellules solaires non toxiques, " dit Leighton. " Pendant ce temps, mon groupe travaillait également dans le domaine émergent de la magnétoionique où nous essayons d'utiliser des tensions électriques pour contrôler les propriétés magnétiques des matériaux pour des applications potentielles dans les dispositifs de stockage de données magnétiques. À un moment donné, nous avons réalisé que nous devions combiner ces deux directions de recherche, et ça a payé."

Leighton a déclaré que leur objectif était de manipuler les propriétés magnétiques des matériaux avec une seule tension, avec très peu de courant électrique, ce qui est important pour rendre les dispositifs magnétiques plus économes en énergie. Les progrès réalisés à ce jour comprenaient l'activation et la désactivation du ferromagnétisme, la forme de magnétisme la plus technologiquement importante, dans d'autres types de matériaux magnétiques. Sulfure de fer, cependant, offrait la perspective d'induire potentiellement électriquement du ferromagnétisme dans un matériau entièrement non magnétique.

Dans l'étude, les chercheurs ont utilisé une technique appelée électrolyte gating. Ils ont pris le matériau de sulfure de fer non magnétique et l'ont mis dans un appareil en contact avec une solution ionique, ou électrolyte, comparable à Gatorade. Ils ont ensuite appliqué aussi peu que 1 volt (moins de tension qu'une batterie domestique), déplacé des molécules chargées positivement à l'interface entre l'électrolyte et le sulfure de fer, et le magnétisme induit. Surtout, ils ont pu couper la tension et remettre le matériau dans son état non magnétique, ce qui signifie qu'ils peuvent activer et désactiver le magnétisme de manière réversible.

"Nous avons été assez surpris que cela fonctionne, " dit Leighton. " En appliquant la tension, nous versons essentiellement des électrons dans le matériau. Il s'avère que si vous obtenez des concentrations suffisamment élevées d'électrons, le matériau veut devenir spontanément ferromagnétique, que nous avons pu comprendre avec la théorie. Cela a beaucoup de potentiel. Après l'avoir fait avec du sulfure de fer, nous pensons que nous pouvons également le faire avec d'autres matériaux."

Leighton said they would never have imagined trying this approach if it wasn't for his team's research studying iron sulfide for solar cells and the work on magnetoionics.

"It was the perfect convergence of two areas of research, " il a dit.

Leighton said the next step is to continue research to replicate the process at higher temperatures, which the team's preliminary data suggest should certainly be possible. They also hope to try the process with other materials and to demonstrate potential for real devices.