ICN2 Oxide Nanoelectronics Group a obtenu des valeurs de conductivité pour l'iridate de stroncium 250 fois plus élevées que dans des conditions normales en le pressant avec des aiguilles nanométriques. Les résultats, Publié dans Nanoéchelle , ont été obtenus via un microscope à force atomique (AFM) montrant que le matériau pourrait devenir un bon candidat pour de futures applications dans les capteurs et l'électronique.

Des chercheurs de l'Institut Catalan de Nanosciences et Nanotechnologies (ICN2) ont mesuré, à température ambiante, les valeurs de piézorésistivité les plus élevées jamais détectées dans un matériau électrocéramique, dépasser les registres des matériaux tels que les nanofils de silicium ou le graphène. De plus, elle a été mesurée avec une technique simple qui évite l'utilisation d'équipements complexes pour contrôler la pression. La recherche a été menée par Oxide Nanoelectronics Group, dirigé par le Prof ICREA Gustau Catalan. Le Dr Neus Domingo est le premier signataire de l'article publié dans Nanoéchelle et sa contribution a été essentielle pour le développement de la recherche.

La piézorésistivité se produit lorsque certains matériaux modifient leur conductivité électrique lorsqu'une pression déformante est appliquée. Ceci est dû au fait que les matériaux isolants et semi-conducteurs ont des caractéristiques électriques très particulières qui se traduisent par des bandes aux propriétés différentes :la bande de valence, où les électrons sont "parqués", et la bande de conduction, où circule le courant électrique. Ces bandes sont séparées par un gap énergétique; quand l'écart est mince, le nombre d'électrons dans la bande de conduction est plus élevé et, par conséquent, la conductivité électrique est également plus élevée.

Lorsqu'une pression est appliquée sur certains matériaux semi-conducteurs, la bande interdite qui sépare la bande de conduction et la bande de valence est modifiée. Cela permet aux électrons de sauter dans la bande de conduction, diminuant par conséquent la résistance électrique du matériau. En d'autres termes, lorsque le matériau est pressé, il y a une meilleure conduction électrique. Ce fait conduit à un large éventail d'applications possibles, des capteurs de pression aux transistors microélectroniques où le courant est contrôlé par la pression au lieu de la tension.

Une aiguille nanoscopique pour étudier les hautes pressions

Aux laboratoires ICN2, Le Groupe du Pr Catalan a mesuré une piézorésistivité géante dans un matériau céramique, iridate de stroncium (Sr 2 IrO 4 ). Les mesures ont été faites avec un microscope à force atomique (AFM), un dispositif qui utilise des aiguilles affûtées nanoscopiquement qui pressent le matériau et quantifient sa conductivité en même temps. C'est une façon nouvelle et imaginative d'utiliser cet équipement, car c'est la première fois que l'aiguille AFM est utilisée pour mesurer la piézorésistivité d'un matériau.

L'aiguille AFM est si petite qu'une force minuscule se traduit par une valeur de pression élevée. Moins de 1 mg de force (environ le poids d'une fourmi) appliqué sur une aiguille nanoscopique est converti en une valeur de pression de plus de 100 tonnes (le poids de 20 éléphants) par centimètre carré. En réalité, la pression est si élevée (jusqu'à 10 GPa) qu'il a fallu utiliser des pointes en diamant pour empêcher l'aiguille de s'écraser.

Avec ce niveau de pression, les chercheurs ont obtenu des valeurs de conductivité pour Sr 2 IrO 4 250 fois plus élevé que dans des conditions normales. Remarquablement, malgré l'application de déformations plus de 500 fois, l'échantillon n'a subi aucun dommage. De plus, la piézorésistivité a été mesurée à température ambiante. En conclusion, ce semi-conducteur pourrait être un bon candidat pour de futures applications dans les capteurs, de nouveaux types de transistors et d'autres appareils électroniques spécialisés. Cependant, l'iridium est un élément rare sur notre planète, les scientifiques recherchent donc des matériaux alternatifs.