Crédit :TU Delft/Giordano Mattoni
Des chercheurs de la TU Delft ont découvert une méthode pour étirer et comprimer les matériaux quantiques à l'aide d'hydrogène gazeux. Ils ont démontré cet effet en utilisant une petite ficelle d'un matériau appelé trioxyde de tungstène, qui agit comme une éponge pour l'hydrogène. La recherche est une nouvelle étape prometteuse dans le développement de résonateurs micromécaniques, qui ont un large éventail d'applications possibles. Ils peuvent être utilisés dans les imprimantes à jet d'encre, comme capteurs pour les conditions environnementales, et en tant que composants actifs dans la future nano-électronique.
Les matériaux quantiques sont parmi les blocs de construction les plus prometteurs pour les appareils intelligents du futur. La particularité de ces matériaux est qu'ils peuvent être contrôlés à la demande par plusieurs paramètres externes, par exemple par chauffage ou refroidissement, par l'utilisation d'un courant électrique, ou en appliquant une pression mécanique. Les propriétés magnétiques et électroniques de ces matériaux peuvent souvent être contrôlées dynamiquement, conduisant au développement de composants cruciaux tels que les mémoires et les dispositifs de récupération d'énergie.
Un nouvel outil de contrôle
Une limitation des matériaux quantiques est que leurs propriétés mécaniques ne peuvent généralement être contrôlées que par des méthodes statiques. Cela signifie qu'une fois l'appareil conçu et réalisé, ses caractéristiques mécaniques ne peuvent pas être modifiées. Les chercheurs Nicola Manca et Giordano Mattoni ont surmonté ce problème en utilisant un nouvel outil :l'hydrogène gazeux.
Les chercheurs ont utilisé du trioxyde de tungstène, un matériau cristallin qui peut facilement héberger de l'hydrogène dans son réseau cristallin. "Le trioxyde de tungstène absorbe rapidement l'hydrogène gazeux, " dit l'expert en matériaux Giordano Mattoni. " Cela produit une grande expansion de la structure cristalline, similaire à ce qui se passe lorsque vous mettez une éponge sèche dans l'eau." Le processus est entièrement réversible et, encore comme une éponge, le matériau expulse de l'hydrogène lorsqu'il est exposé à l'air pur. Cela permet de contrôler ses propriétés mécaniques.
La microstructure WO3, initialement flou en raison de la courbure causée par l'hydrogène, puis s'allonger en raison de la libération d'hydrogène Crédit :TU Delft/Giordano Mattoni
Résonateur micromécanique
En utilisant la synthèse de matériaux de haute qualité et les installations de nanofabrication avancées de la TU Delft, les chercheurs ont fabriqué une fine structure suspendue de trioxyde de tungstène :un soi-disant résonateur micromécanique. La structure a montré d'importants changements mécaniques après l'absorption d'hydrogène gazeux. "C'était comme si nous accordions une corde de guitare, " dit Nicola Manca, un expert en résonateurs micromécaniques. "L'hydrogène gazeux a pu moduler la fréquence de résonance du matériau de plus de 500 pour cent." La modulation de contrainte était si importante que les changements induits pouvaient être observés avec un microscope ordinaire. Plus il y a d'hydrogène dans le matériau, plus il s'étendait et se pliait.
Température ambiante
L'un des principaux avantages de cette technique est qu'elle peut être utilisée à température ambiante, dans un environnement contrôlé. Il est également entièrement réversible. Pour référence, obtenir une modulation de déformation similaire avec des méthodes et des matériaux conventionnels, comme la dilatation thermique du silicium, nécessiterait une augmentation de température de plus de 1500 degrés.
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