Dr Giordano Mattoni, chercheur quantique à la TU Delft, et ses collaborateurs ont montré que la transition de phase nano-électronique dans une classe de matériaux appelés nickelates peut être contrôlée par la lumière laser. Leurs découvertes, qui ont été publiés dans Physical Review Materials, sont une étape importante dans le domaine des nouveaux matériaux pour l'électronique.

Les nickelates sont une classe de matériaux à l'état solide avec un ensemble de propriétés uniques, y compris le fait qu'ils peuvent subir une transition de phase d'un comportement conducteur à un comportement isolant. Dans des recherches antérieures, Mattoni et ses collègues ont montré comment la transition métal-isolant (MIT) se propageait dans ces nickelates. Dans des expériences récentes, ils ont prouvé que le MIT peut être contrôlé avec une lumière laser. "Les matériaux avec des propriétés physiques reprogrammables à l'échelle nanométrique sont très recherchés, mais ils sont à peine disponibles jusqu'à présent, " dit Mattoni.

Au cours de leurs expériences dans un laboratoire de recherche international au Royaume-Uni, les scientifiques ont dirigé des impulsions laser ultrarapides d'une durée de 100 femtosecondes sur un échantillon de NdNiO 3 (nickel de néodyme). "Envoi très rapide, une impulsion de lumière laser à haute énergie a élevé la température de l'échantillon de 150 à 152 Kelvin pendant un court instant. Cette petite augmentation de température était suffisante pour changer la propriété du matériau d'isolant à conducteur. En augmentant la puissance du laser, nous pourrions contrôler à quel point le matériau pourrait être isolant ou métallique, et ainsi contrôler ses propriétés physiques."

Ce contrôle est également rendu possible par une autre propriété du matériau :l'hystérésis (du grec pour "à la traîne"). "Chauffage ou refroidissement, le matériau ne suit pas le même schéma de transition. Nous pouvons utiliser ce phénomène pour verrouiller le matériau dans une certaine phase." Dans la vie de tous les jours, l'hystérésis est utilisée pour contrôler les thermostats dans les réfrigérateurs ou les systèmes de chauffage central, par exemple. L'activation et la désactivation sont contrôlées en détectant la température, afin que les systèmes ne s'allument et ne s'éteignent pas continuellement.

Bien que cette étude soit fondamentale, des applications pratiques sont à l'horizon :des matériaux dans lesquels la conductivité peut être activée et désactivée pourraient être utilisés pour des commutateurs et des circuits pour de nouveaux dispositifs électroniques. "De tels matériaux pourraient être utilisés pour des réseaux de neurones artificiels, " dit Mattoni. " Jusqu'à présent, tous les développements dans le domaine de l'intelligence artificielle ont été réalisés dans le logiciel. Si vous pouvez exécuter des algorithmes directement avec un certain type de matériel, vous pouvez vraiment créer quelque chose qui ressemble au cerveau."

Malgré ses résultats positifs, l'expérience elle-même n'avait pas été planifiée en tant que telle. "Nous travaillions en fait sur une expérience très difficile que nous avons dû abandonner. Cependant, cela signifiait qu'il nous restait du temps au synchrotron, et ces quelques heures que nous avons utilisées à plein effet. » Prouvant que même en science fondamentale, il faut faire du foin pendant que le soleil brille.