Il y a un vieux dicton, « Si le caoutchouc est le matériau qui a ouvert la voie au sol, l'aluminium est celui qui a ouvert la voie vers le ciel." De nouveaux matériaux ont toujours été découverts à chaque tournant qui a changé l'histoire humaine. Les matériaux utilisés dans les dispositifs de mémoire évoluent également drastiquement avec l'émergence de nouveaux matériaux tels que les matériaux de silicium dopé, matériaux changeant de résistance, et des matériaux qui magnétisent et polarisent spontanément. Comment sont fabriqués ces nouveaux matériaux ? Une équipe de recherche de POSTECH a révélé le mécanisme de fabrication des matériaux utilisés dans les nouveaux dispositifs de mémoire en utilisant l'intelligence artificielle.

L'équipe de recherche dirigée par le professeur Si-Young Choi du Département de science et génie des matériaux et l'équipe dirigée par le professeur Daesu Lee du Département de physique de POSTECH ont réussi ensemble à synthétiser une nouvelle substance qui produit de l'électricité en provoquant une polarisation (un phénomène dans dont la position des charges négatives et positives est séparée des charges négatives et positives dans le cristal) à température ambiante et a confirmé sa variation dans la structure cristalline en appliquant une analyse de réseau neuronal profond. Cet article a été publié dans un numéro récent de Communication Nature .

Les structures atomiques des oxydes de pérovskite sont souvent déformées et leurs propriétés sont déterminées en conséquence par la rotation octaédrique de l'oxygène (OOR). En réalité, il n'y a que quelques modèles OOR stables présents à l'équilibre et cela limite inévitablement les propriétés et les fonctions des oxydes de pérovskite.

L'équipe de recherche conjointe s'est concentrée sur un oxyde de pérovskite appelé CaTiO 3 qui reste apolaire (ou paraélectrique) même à la température absolue de 0K. Sur la base des calculs ab-initio, cependant, l'équipe a découvert qu'un modèle OOR unique qui n'existe pas naturellement serait capable de faciliter la ferroélectricité, une polarisation puissante à température ambiante.

Dans cette lumière, l'équipe de recherche a réussi à synthétiser un nouveau matériau (hétéroépitaxie CaTiO 3 ) qui possède la ferroélectricité en appliquant une ingénierie d'interface qui contrôle les structures atomiques à l'interface et par conséquent sa propriété physique.

En outre, une analyse de réseau de neurones profonds a été appliquée pour examiner l'OOR fin et la variation de quelques décennies de picomètre dans les structures atomiques, et diverses structures atomiques ont été simulées et les données ont été utilisées pour l'analyse de l'IA afin d'identifier les modèles OOR contrôlés artificiellement.

"Nous avons confirmé que nous pouvons créer de nouveaux phénomènes physiques qui ne se produisent pas naturellement en obtenant le modèle OOR unique en contrôlant la variation de sa structure atomique, " a fait remarquer le professeur Daesu Lee. " Il est particulièrement significatif de voir que les résultats de la recherche convergente de la physique et de l'ingénierie des nouveaux matériaux permettent des calculs pour la conception des matériaux, synthèse de nouveaux matériaux, et l'analyse pour comprendre de nouveaux phénomènes."

Le professeur Choi a expliqué, "En appliquant le deep machine learning à la recherche sur les matériaux, nous avons réussi à identifier des variations à l'échelle atomique sur des dizaines de picomètres qui sont difficiles à identifier avec l'œil humain. "Ce pourrait être une approche avancée pour l'analyse des matériaux qui peut aider à comprendre le mécanisme de création de nouveaux matériaux avec des phénomènes physiques uniques."