La recherche théorique au laboratoire national d'Oak Ridge peut aider à expliquer les résultats expérimentaux dans le dioxyde de vanadium, comme la formation de minces canaux conducteurs (vus en blanc) qui peuvent apparaître sous contrainte dans un échantillon de dioxyde de vanadium à l'échelle nanométrique.
(PhysOrg.com) -- Une étude systématique des changements de phase dans le dioxyde de vanadium a résolu un mystère qui a intrigué les scientifiques pendant des décennies, selon des chercheurs du laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie.
Les scientifiques savent que le dioxyde de vanadium présente plusieurs phases concurrentes lorsqu'il agit comme un isolant à des températures plus basses. Cependant, la nature exacte du comportement de la phase n'a pas été comprise depuis le début des recherches sur le dioxyde de vanadium au début des années 1960.
Alexandre Tselev, un chercheur associé de l'Université du Tennessee-Knoxville travaillant avec le Centre des sciences des matériaux en nanophase de l'ORNL, en collaboration avec Igor Luk'yanchuk de l'Université de Picardie en France a utilisé une théorie de la physique de la matière condensée pour expliquer les comportements de phase observés du dioxyde de vanadium, un matériau d'un intérêt technologique important pour l'optique et l'électronique.
"Nous avons découvert que la compétition entre plusieurs phases est purement motivée par la symétrie du réseau, " a déclaré Tselev. "Nous avons compris que le réseau de phase métallique de l'oxyde de vanadium peut " se replier " de différentes manières pendant le refroidissement, donc ce que les gens ont observé était différents types de pliage."
Le dioxyde de vanadium est surtout connu dans le monde des matériaux pour sa transition de phase rapide et abrupte qui transforme essentiellement le matériau d'un métal en un isolant. Le changement de phase a lieu à environ 68 degrés Celsius.
« Ces caractéristiques de conductivité électrique font du dioxyde de vanadium un excellent candidat pour de nombreuses applications en optique, appareils électroniques et optoélectroniques, " dit Tselev.
Les appareils qui pourraient tirer parti des propriétés inhabituelles du VO2 comprennent les lasers, détecteurs de mouvement et détecteurs de pression, qui pourraient bénéficier de la sensibilité accrue fournie par les changements de propriétés du dioxyde de vanadium. Le matériau est déjà utilisé dans des technologies telles que les capteurs infrarouges.
Les chercheurs ont déclaré que leurs travaux théoriques pourraient aider à orienter les futures recherches expérimentales sur le dioxyde de vanadium et, à terme, aider au développement de nouvelles technologies basées sur la VO
« En physique, vous voulez toujours comprendre comment fonctionne la matière, " a déclaré Sergueï Kalinine, scientifique senior au CNMS. "La théorie thermodynamique vous permettra de prédire comment le matériau se comportera dans différentes conditions extérieures."
Les résultats ont été publiés dans la revue American Chemical Society Lettres nano . L'équipe de recherche comprenait également Ilia Ivanov, John Budai et Jonathan Tischler à ORNL et Evgheni Strelcov et Andrei Kolmakov à Southern Illinois University.
La recherche théorique de l'équipe s'étend sur des études expérimentales ORNL antérieures avec imagerie par micro-ondes qui ont démontré comment la contrainte et les changements de symétrie du réseau cristallin peuvent produire des fils conducteurs minces dans des échantillons de dioxyde de vanadium à l'échelle nanométrique.
