(Phys.org) - Une équipe dirigée par Ho Nyung Lee du Laboratoire national d'Oak Ridge a découvert un phénomène de relaxation des contraintes dans les cobaltites qui a échappé aux chercheurs pendant des décennies et pourrait conduire à des avancées dans les piles à combustible. capteurs magnétiques et une multitude de matériaux liés à l'énergie.

La découverte, Publié dans Lettres nano , pourrait changer l'idée reçue selon laquelle l'adaptation à la contrainte inhérente lors de la formation de films minces épitaxiés implique nécessairement des défauts structurels, dit Lee, membre de la Division de la science et de la technologie des matériaux du laboratoire du ministère de l'Énergie. Au lieu, les chercheurs ont découvert que certains matériaux, dans ce cas la cobaltite, forment des motifs atomiques structurellement bien ordonnés qui peuvent modifier leurs propriétés magnétiques et minimiser efficacement le décalage de taille avec le substrat cristallin.

Films minces épitaxiés, utilisé dans la nanotechnologie et la fabrication de semi-conducteurs, sont créés en faisant croître une couche cristalline d'un matériau sur un autre de telle manière que les structures cristallines s'alignent. Le défi est de faire croître le film de manière cohérente avec un minimum de défauts, qui peut avoir un effet catastrophique sur les performances d'un matériau.

"Nous avons découvert des propriétés qui n'étaient pas facilement apparentes dans le cristal, ou en vrac, former, mais sous forme de film mince, nous avons pu clairement voir la structure en réseau ordonnée atomiquement de la cobaltite de lanthane, " dit Lee. " Avec cette connaissance, nous espérons pouvoir adapter les propriétés physiques d'un matériau à de nombreuses technologies de l'information et de l'énergie."

Les chercheurs ont étudié le matériau dans différents états de contrainte en utilisant une microscopie électronique à transmission à balayage complétée par des rayons X et une spectroscopie optique. A l'aide de ces instruments, les scientifiques ont pu voir un comportement de relaxation de contrainte non conventionnel qui a produit des motifs de réseau en forme de rayures. Le résultat est un matériau aux propriétés magnétiques utiles et parfaitement adapté aux capteurs et conducteurs ioniques utilisés dans, par exemple, piles.

Cette découverte et la capacité de concevoir la structure des matériaux pourraient conduire à des matériaux cathodiques avancés dans les piles à combustible à oxyde solide et les batteries qui peuvent être chargées beaucoup plus rapidement.

"Les cobaltites étant des candidats prometteurs pour les capteurs magnétiques, conducteurs ioniques et catalyseurs de surface, cette découverte fournit une nouvelle compréhension qui peut être utilisée pour le réglage artificiel du magnétisme et des activités ioniques, " dit Lee.