Une touche d'or - ou d'un autre métal noble - peut changer la structure d'un cristal et ses propriétés intrinsèques, des physiciens de l'Université de Warwick l'ont démontré dans une démonstration d'alchimie moderne.

Des scientifiques de l'Université de Warwick ont ​​trouvé un moyen d'induire des effets électriques dans les cristaux dont ils n'étaient pas capables auparavant, comme la conversion du mouvement ou de la chaleur en électricité, simplement en ajoutant un morceau de métal à leur surface.

Leur méthode est détaillée dans un nouvel article publié aujourd'hui dans La nature et démontre que les effets peuvent être d'une plus grande ampleur que les matériaux volumineux traditionnellement étudiés, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans des technologies telles que les capteurs, conversion d'énergie et technologies mobiles.

La clé de la technique est de briser la symétrie de la structure du cristal. Un cristal peut être composé d'un certain nombre d'atomes différents, mais le terme décrit une structure ordonnée de particules qui forment un motif symétrique.

Professeur Marin Alexe, co-auteur principal du Département de physique de l'Université de Warwick, dit :« En physique, ces matériaux sont plutôt ennuyeux. Du point de vue de la fonctionnalité, la symétrie n'est pas la plus grande chose que vous voulez avoir. Vous voulez briser la symétrie de manière à obtenir de nouveaux effets."

Le cristal peut fonctionner comme un semi-conducteur, permettant à un courant électrique de le traverser. En ajoutant un petit morceau de métal à la surface du cristal, les scientifiques ont créé une jonction connue sous le nom de jonction Schottky. Cela induit un champ électrique dans le semi-conducteur qui excite la structure semi-conductrice sous le métal, briser sa symétrie et permettre de nouveaux effets qui n'étaient pas possibles auparavant.

Les effets observés par les chercheurs comprenaient un effet piézoélectrique, dans lequel le mouvement est converti en énergie électrique ou vice versa ; et un effet pyroélectrique, où la chaleur est convertie en énergie électrique. Ces propriétés sont connues sous le nom d'effets d'interface et confinées dans une région très peu profonde du cristal, sous les métaux.

Dr Mingmin Yang, qui a dirigé les travaux à l'Université de Warwick et a depuis déménagé à l'institut RIKEN au Japon, dit :« En général, les propriétés de ces cristaux sont déterminées par deux facteurs :les propriétés intrinsèques des éléments qui composent le cristal, et comment ces éléments sont arrangés pour former ce cristal, que nous appelons sa symétrie.

"Nos recherches démontrent que la manière dont ces éléments sont disposés n'est pas seulement déterminée par leur propre nature, ils peuvent également être réglés par une influence externe. Une fois que nous utilisons cette influence pour changer leur arrangement, ils peuvent présenter des propriétés qui leur étaient auparavant interdites. "

Les chercheurs ont utilisé les métaux nobles or et platine pour créer leur jonction en raison de leur fonction de travail thermodynamique élevée, mais du cuivre, argent, or, l'iridium ou le platine seraient également de bonnes options. Pour les cristaux, titanate de strontium, Du dioxyde de titane et du silicium ont été utilisés. Aucun de ces matériaux ne présenterait normalement un effet piézoélectrique ou pyroélectrique.

Une fois que les matériaux possèdent l'effet piézoélectrique ou pyroélectrique, ils peuvent produire de l'électricité lorsqu'ils subissent une force (dans le cas de l'effet piézoélectrique) ou un changement de température (dans le cas de l'effet pyroélectrique). En détectant toute électricité générée dans les matériaux, les scientifiques pourraient confirmer l'existence de ces effets.

Les effets observés confèrent à la technique un grand potentiel d'utilisation dans les capteurs, qui nécessitent une sensibilité élevée, ou dans les technologies reposant sur la conversion d'énergie. Comme effet piézoélectrique, les cristaux peuvent récolter de l'énergie, ou travailler comme actionneur ou transducteur. Avec l'effet pyroélectrique, ils peuvent fonctionner en tant que capteur ou en imagerie infrarouge.

En outre, la petite échelle sur laquelle cet effet est observé et sa grande efficacité le rendraient idéal pour une utilisation dans les technologies mobiles.

Dans les travaux antérieurs de l'équipe, ils ont examiné les moyens de briser la symétrie par des moyens mécaniques. Ce travail a examiné la possibilité de briser la symétrie à l'aide d'un champ électrique

Le professeur Alexe a ajouté :« Les matériaux à symétrie brisée sont riches en fonctionnalités. Pour améliorer ces fonctionnalités, vous devez généralement modifier la structure du matériau. Cela nécessite le déploiement d'une chimie à l'état solide compliquée suivie d'investigations détaillées.

"Vous avez maintenant un chemin complètement différent pour peaufiner ces matériaux et la possibilité d'ajuster l'effet, quelque chose que nous n'avons pas été en mesure de faire avant. Cela ouvre le champ à de nombreuses autres possibilités avec ces matériaux et nous ne saurons peut-être pas où ils mènent. »