Un effort de collaboration entre des groupes de recherche de l'Université technique de Freiberg et de l'Université de Siegen en Allemagne démontre que les propriétés physiques du SrTiO3, ou titanate de strontium, sous sa forme monocristalline peut être modifié par un traitement électrique relativement simple. Le SrTi03 est un minéral souvent étudié pour ses propriétés supraconductrices.

Le traitement, décrit cette semaine dans Lettres de physique appliquée , crée l'effet connu sous le nom de piézoélectricité, où l'électricité résulte de contraintes mécaniques, dans le matériau qui n'a pas vu à l'origine d'effets piézoélectriques. Cela pourrait être extrêmement important car notre société orientée vers la technologie fait des demandes toujours croissantes pour de nouveaux matériaux et des propriétés inhabituelles.

Les matériaux cristallins sont constitués d'atomes et d'électrons, qui s'organisent en motifs périodiques. La structure atomique d'un cristal est similaire à un morceau d'un motif de point de croix, mais l'échelle est environ dix millions de fois plus petite. Bien qu'une technique de point de croix puisse être délicate au début, une fois que vous avez appris le modèle, vous répétez simplement les mêmes points pour remplir l'espace disponible. La nature fonctionne à peu près de la même manière dans la construction de cristaux :elle « apprend » comment connecter des atomes entre eux dans une cellule dite unitaire, puis répète ce bloc de construction pour remplir l'espace en formant un réseau cristallin.

Regarder une structure cristalline, c'est un peu comme regarder un tissu à travers une loupe. En utilisant une technique appelée diffraction des rayons X, les chercheurs appliquent des stimuli externes (par exemple, un étirement ou une tension électrique) à un cristal et voient comment différentes connexions (les « points » atomiques) réagissent.

"L'idée de ce travail est née lorsque je donnais une conférence à la TU Freiberg, présenter notre nouvelle technique de diffraction des rayons X résolue en temps et étudier le matériau piézoélectrique. Nos collègues de Freiberg avaient étudié des volumes de cristaux de SrTiO3 créés artificiellement près de la surface, avec des propriétés différentes de la masse normale SrTiO3, " dit Semën Gorfman, un physicien de l'Université de Siegen.

L'équipe de recherche de Siegen avait développé un équipement expérimental unique pour étudier les structures cristallines sous un champ variant périodiquement en utilisant la diffraction des rayons X qui est mobile et peut se connecter à n'importe quel instrument disponible, comme un diffractomètre à rayons X de laboratoire domestique ou une ligne de faisceau synchrotron.

"Comme les mesures ne sont pas routinières, cet équipement expérimental rend nos recherches vraiment uniques et originales, " a déclaré Gorfman. " Il s'est avéré que la technique développée à Siegen, correspondait idéalement à l'orientation de recherche sur laquelle travaillait l'équipe de Freiberg, nous avons donc proposé l'hypothèse à tester (piézoélectricité en phase proche de la surface à champ modifié du cristal de SrTiO3), et une méthode expérimentale suggérée (diffraction des rayons X stroboscopique résolue en temps), effectué l'expérience et obtenu des résultats."

Ce travail montre que de nouvelles propriétés physiques peuvent être créées artificiellement, rapportant l'effet piézoélectrique dans la nouvelle phase artificiellement conçue de SrTiO3, un matériau qui n'est pas piézoélectrique dans des conditions normales.

"Nous pensons que les propriétés physiques de la phase polaire induite par le champ de migration dans SrTiO3 ouvrent un nouveau chapitre intéressant pour la recherche, dit Gorfman. "Le défi est maintenant de rendre l'effet pratique afin qu'il puisse être utilisé pour les appareils."