Irréversible, la déformation plastique provoque l'organisation de défauts cristallins étendus dans le matériau quantique titanate de strontium (SrTiO3) en structures périodiques, comme le révèlent les processus de diffusion des neutrons et des rayons X. Ces structures améliorent les propriétés électroniques telles que la supraconductivité. Crédit :S. Hameed et al., Université du Minnesota
Dans une découverte surprenante, une équipe internationale de chercheurs, dirigé par des scientifiques du Centre des matériaux quantiques de l'Université du Minnesota, ont découvert que les déformations dans les matériaux quantiques qui provoquent des imperfections dans la structure cristalline peuvent en fait améliorer les propriétés supraconductrices et électriques du matériau.
Les découvertes révolutionnaires pourraient fournir de nouvelles perspectives pour le développement de la prochaine génération de dispositifs informatiques et électroniques quantiques.
La recherche vient de paraître dans Matériaux naturels .
"Les matériaux quantiques ont des propriétés magnétiques et électriques inhabituelles qui, si compris et contrôlé, pourrait révolutionner pratiquement tous les aspects de la société et permettre des systèmes électriques à haute efficacité énergétique et plus rapidement, appareils électroniques plus précis, " a déclaré le co-auteur de l'étude Martin Greven, professeur émérite McKnight à l'École de physique et d'astronomie de l'Université du Minnesota et directeur du Center for Quantum Materials. « La capacité d'ajuster et de modifier les propriétés des matériaux quantiques est essentielle aux progrès de la recherche fondamentale et de la technologie moderne. »
La déformation élastique des matériaux se produit lorsque le matériau est soumis à une contrainte mais reprend sa forme d'origine une fois la contrainte supprimée. En revanche, la déformation plastique est le changement irréversible de la forme d'un matériau en réponse à une contrainte appliquée - ou, plus simplement, le fait de le serrer ou de l'étirer jusqu'à ce qu'il perde sa forme. La déformation plastique est utilisée par les forgerons et les ingénieurs depuis des milliers d'années. Un exemple de matériau avec une grande plage de déformation plastique est le chewing-gum humide, qui peut être étiré à des dizaines de fois sa longueur d'origine.
Alors que la déformation élastique a été largement utilisée pour étudier et manipuler les matériaux quantiques, les effets de la déformation plastique n'ont pas encore été explorés. En réalité, la sagesse conventionnelle amènerait les scientifiques à croire que « presser » ou « étirer » les matériaux quantiques peut supprimer leurs propriétés les plus intrigantes.
Dans cette nouvelle étude pionnière, les chercheurs ont utilisé la déformation plastique pour créer des structures de défauts périodiques étendues dans un matériau quantique important connu sous le nom de titanate de strontium (SrTiO
"Nous avons été assez surpris des résultats", a déclaré Greven. "Nous sommes allés dans cette pensée que nos techniques gâcheraient vraiment le matériau. Nous n'aurions jamais deviné que ces imperfections amélioreraient réellement les propriétés supraconductrices des matériaux, ce qui signifie que, à des températures suffisamment basses, il pourrait transporter de l'électricité sans aucun gaspillage d'énergie."
Greven a déclaré que cette étude démontre la grande promesse de la déformation plastique en tant qu'outil pour manipuler et créer de nouveaux matériaux quantiques. Cela peut conduire à de nouvelles propriétés électroniques, y compris les matériaux à fort potentiel d'applications en technologie, il a dit.
Greven a également déclaré que la nouvelle étude met en évidence la puissance des sondes de diffusion de neutrons et de rayons X à la pointe de la technologie pour déchiffrer les structures complexes des matériaux quantiques et d'une approche scientifique qui combine expérience et théorie.
"Les scientifiques peuvent désormais utiliser ces techniques et outils pour étudier des milliers d'autres matériaux, " a déclaré Greven. "Je m'attends à ce que nous découvrions toutes sortes de nouveaux phénomènes en cours de route."
En plus de l'Université du Minnesota, l'équipe comprenait des chercheurs de l'Université de Zagreb, Croatie; Université Ariel, Israël; Université de Pékin, Pékin, Chine; Laboratoire national d'Oak Ridge; et Laboratoire National d'Argonne.
