(Phys.org) —Écoutez le nickel-titane et tous vos autres alliages à mémoire de forme, il y a un petit nouveau qui vient de remporter le championnat de l'élasticité et qui est prêt à reprendre le marché des applications de mémoire de forme à l'échelle nanométrique. Une équipe de recherche du Berkeley Lab a découvert un moyen d'introduire une contrainte récupérable dans la ferrite de bismuth jusqu'à 14% à l'échelle nanométrique, plus grand que tout effet de mémoire de forme observé dans un métal. Cette découverte ouvre la porte à des applications dans un large éventail de domaines, y compris médical, énergie et électronique.

"Notre ferrite de bismuth n'a pas seulement affiché la valeur de mémoire de forme du champion, il était également beaucoup plus stable lorsqu'il était réduit à une taille nanométrique que les alliages à mémoire de forme, " dit Jinxing Zhang, un post-doctorant pour cette étude sous la direction de Ramamoorthy Ramesh de la division des sciences des matériaux du Berkeley Lab et maintenant membre du corps professoral de l'Université normale de Pékin. "Aussi parce que notre ferrite de bismuth peut être activée avec seulement un champ électrique plutôt que les champs thermiques nécessaires pour activer les alliages à mémoire de forme, le temps de réponse est beaucoup plus rapide."

L'effet mémoire de forme est l'équivalent métallique de l'élasticité, dans lequel un matériau solide "se souvient" et retrouve sa forme d'origine après avoir été déformé par une contrainte appliquée. Autrefois, cela a toujours impliqué le chauffage. Les alliages à mémoire de forme ont eu un grand impact dans le domaine médical, le plus important étant le nickel-titane ou "nitinol, " qui est utilisé dans les stents pour l'angioplastie, et dans les joints mécaniques. L'effet mémoire de forme devrait également avoir un impact majeur dans les applications non médicales, tels que les actionneurs dans les matériaux intelligents et dans les systèmes microélectro-mécaniques (MEMS). Cependant, à mesure que la taille des alliages à mémoire de forme actuels diminue vers l'échelle nanométrique, de nombreux problèmes et instabilités surviennent, y compris la fatigue, microfissuration et oxydation.

"En obtenant l'effet de mémoire de forme dans un matériau d'oxyde plutôt qu'un alliage métallique, nous éliminons les problèmes de surface et permettons l'intégration avec la microélectronique, " dit Zhang. " Notre ferrite de bismuth affiche également une densité de travail de sortie ultra-élevée pendant l'actionnement qui est presque deux ordres de grandeur plus élevée que ce qu'un alliage métallique peut générer. "

La ferrite de bismuth est un composé multiferroïque composé de bismuth, le fer et l'oxygène qui ont été largement étudiés ces dernières années par Ramesh et son groupe de recherche. En tant que multiferroïque, la ferrite de bismuth présente à la fois des propriétés ferroélectriques et ferromagnétiques, ce qui signifie qu'il répondra à l'application de champs électriques ou magnétiques externes. Dans cette dernière étude, en plus de l'activation thermique classique, une transition de phase de type élastique a été introduite dans la ferrite de bismuth en utilisant uniquement un champ électrique.

"L'application du champ électrique nous a permis de réaliser une transformation de phase qui était réversible sans l'aide d'un stress de récupération externe, " dit Ramesh. " Bien que des aspects tels que l'hystérésis, les microfissures et ainsi de suite doivent être prises en compte pour les appareils réels, le grand effet de mémoire de forme que nous avons démontré dans la ferrite de bismuth montre qu'il s'agit d'un matériau extraordinaire avec une utilisation potentielle dans les futurs dispositifs nanoélectromécaniques et autres nanosystèmes de pointe.

Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue Communication Nature .