Des chercheurs de l'Institut de physique et de technologie de Moscou et de l'Institut RAS d'électromagnétisme théorique et appliqué ont découvert ce qui fait que les films de dioxyde de vanadium conduisent l'électricité. Publié dans Examen physique B , leurs découvertes permettront de disposer d'appareils d'imagerie thermique avec une sensibilité et une vitesse de réaction supérieures à celles des analogues actuellement existants.

Alors que des films minces de 100 nanomètres de dioxyde de vanadium (VO 2 ) ne conduisent normalement pas l'électricité, leur résistance chute jusqu'à 100, 000 fois lorsqu'il est légèrement chauffé. Cela peut se produire sous tension appliquée, par exemple. Cette propriété est utilisée pour créer des dispositifs et des capteurs commutables à grande vitesse pour le courant continu ou le signal alternatif dans le térahertz, four micro onde, optique, ou gamme infrarouge.

Les scientifiques des matériaux ont trouvé VO 2 les films pourraient devenir conducteurs au milieu du 20e siècle. Jusqu'à maintenant, le mécanisme précis derrière le changement des propriétés électriques du matériau était inconnu. La connaissance de ce mécanisme permet une conception de matériaux orientée vers l'application. Cela inclut la synthèse de couches minces aux propriétés prédéfinies, comme la température à laquelle la conductivité change ou le rapport entre les résistances avant et après chauffage.

"Parmi les choses les plus utiles pour lesquelles ces films pourraient être utiles, il y a les capteurs pour bolomètres non refroidis. Les bolomètres sont à la base des systèmes d'imagerie thermique. VO 2 les films peuvent augmenter leur sensibilité et leur vitesse de réaction, étendre leur applicabilité aux objets en mouvement rapide, " a commenté Viktor Polozov, co-auteur de l'étude et doctorant MIPT de l'école de physique et de recherche de Landau.

Les chercheurs du MIPT ont proposé un scénario pour une VO 2 transition du film entre l'état isolant et l'état conducteur. Le film s'échauffe d'abord et des zones conductrices y apparaissent sporadiquement. Ensuite, ces domaines deviennent liés, se transformant en un canal qui rend le film conducteur de courant. Un chauffage supplémentaire élargit le canal, réduire la résistance du film.

Ce processus se produit via un régime dit d'explosion. Des observations similaires ont déjà été faites dans d'autres matériaux. Par exemple, ce régime est également caractéristique de la transition supraconductrice dans les supraconducteurs à haute température.

Pour prouver que VO 2 les films subissent un processus similaire, les chercheurs russes se sont appuyés sur une combinaison de théorie et d'expérience. D'un côté, ils ont utilisé les modèles disponibles qui décrivent les processus se produisant dans le régime d'explosion pour prédire théoriquement les caractéristiques courant-tension des films et comment la résistance devrait varier avec la température. D'autre part, l'équipe a synthétisé ses propres films aux propriétés distinctes et mesuré leurs paramètres expérimentalement.

"Les calculs théoriques concordaient avec les résultats expérimentaux, et cela était vrai pour les films de différentes structures déposés sur différents substrats. Cela nous a conduit à conclure que le mécanisme impliqué est universel, c'est-à-dire cela explique la conductivité induite thermiquement dans tous les VO minces 2 cinéma, " a déclaré le professeur Alexander Rakhmanov de la Landau School of Physics and Research au MIPT, qui a co-écrit l'étude.

Les chercheurs ont confirmé leur hypothèse sur la transition en VO 2 caractérisé par un régime d'explosion. Maintenant qu'ils savent que ce mécanisme sous-tend la transition, l'équipe peut modéliser ce processus. Ce sera l'objet de leurs futures recherches.