En 1965, un physicien renommé de l'Université de Princeton a émis l'hypothèse que les métaux ferroélectriques pouvaient conduire l'électricité bien qu'ils n'existent pas dans la nature.

Depuis des décennies, les scientifiques pensaient qu'il serait impossible de prouver la théorie de Philip W. Anderson, qui a partagé le prix Nobel de physique en 1977. C'était comme essayer de mélanger le feu et l'eau, mais une équipe internationale de scientifiques dirigée par Rutgers a vérifié la théorie et leurs découvertes sont publiées en ligne dans Communication Nature .

"C'est exitant, " dit Jak Chakhalian, chef d'équipe de l'étude et titulaire de la chaire Claud Lovelace en physique expérimentale à l'Université Rutgers-Nouveau-Brunswick. "Nous avons créé une nouvelle classe de matériaux artificiels bidimensionnels dotés de propriétés ferroélectriques à température ambiante qui n'existent pas dans la nature mais qui peuvent conduire l'électricité. C'est un lien important entre une théorie et une expérience."

Une pierre angulaire de la technologie, les matériaux ferroélectriques sont utilisés dans l'électronique tels que les téléphones portables et autres antennes, stockage informatique, équipement médical, moteurs de haute précision, capteurs ultra-sensibles et équipements sonar. Aucun de leurs matériaux ne conduit l'électricité et les découvertes menées par Rutgers pourraient potentiellement engendrer une nouvelle génération d'appareils et d'applications, dit Chakhalian.

"Les ferroélectriques sont une classe de matériaux très importante sur le plan technologique, " dit-il. " Ils bougent, rétrécir et se dilater lorsque l'électricité est appliquée et cela vous permet de déplacer des objets avec une précision exquise. De plus, chaque téléphone portable moderne a des dizaines de composants avec des propriétés similaires à celles des matériaux ferroélectriques."

Comme de nombreux physiciens, Chakhalian savoure un défi et il n'a pas pu trouver une loi de la physique qui dit que les métaux ferroélectriques ne pourraient pas être créés. Alors son équipe, y compris l'auteur principal de l'étude Yanwei Cao, un ancien doctorant devenu professeur à l'Académie chinoise des sciences, a utilisé les outils de pointe de Chakhalian pour créer des feuilles de matériaux de quelques atomes d'épaisseur seulement. C'est comme faire des sandwichs, dit Chakhalian.

"Quand un matériau devient ferroélectrique, ses atomes se déplacent en permanence et nous avons voulu ajouter des propriétés métalliques à un cristal artificiel conducteur d'électricité, " Il a dit. " Nous avons donc pris deux couches très minces pour créer un métal bidimensionnel à l'interface et ajouté une troisième couche avec des propriétés spéciales pour déplacer les atomes dans cette couche métallique, créant un métal de type ferroélectrique. La nouvelle structure a plusieurs fonctionnalités intégrées, et c'est un grand gagnant-gagnant."