Des chercheurs de l'Université norvégienne des sciences et de la technologie (NTNU) ont trouvé une toute nouvelle méthode pour vérifier les propriétés électroniques des matériaux d'oxyde. Cela ouvre la porte à des composants encore plus petits et peut-être à une électronique plus durable.

"Nous avons trouvé une toute nouvelle façon de contrôler la conductivité des matériaux à l'échelle nanométrique, " déclare le professeur Dennis Meier du département de science et d'ingénierie des matériaux de NTNU.

L'un des meilleurs aspects de la nouvelle méthode est qu'elle n'interfère pas avec les autres propriétés du matériau, comme le faisaient les méthodes précédentes. Cela permet de combiner différentes fonctions dans un même matériau, ce qui est une avancée importante pour la technologie à l'échelle nanométrique.

"Ce qui est vraiment génial, c'est que ce projet est mené depuis NTNU et implique des personnes de plusieurs départements. Nous bénéficions également d'installations clés comme le NanoLab et le TEM (microscopie électronique à transmission) Gemini Center. Cette approche interdisciplinaire montre ce que nous pouvons faire lorsque nous travailler ensemble, " dit Meier.

Un nouvel article dans la revue Matériaux naturels aborde les conclusions. L'article a attiré l'attention internationale avant même d'être imprimé.

Les possibilités offertes par la découverte ont été discutées dans le numéro d'août de Matériaux naturels par des experts de premier plan dans le domaine.

Nous pensons rarement à la technologie qui se cache derrière l'allumage d'une ampoule ou à notre utilisation d'appareils électriques. Le contrôle des particules chargées à l'échelle infime fait tout simplement partie du quotidien.

Mais à une échelle nanométrique beaucoup plus petite, les scientifiques sont maintenant capables de manipuler régulièrement le flux d'électrons. Cela ouvre des possibilités pour des composants encore plus petits dans les ordinateurs et les téléphones portables qui n'utilisent pratiquement pas d'électricité.

Un problème de fond demeure, toutefois. Vous pouvez simuler des composants électroniques à l'échelle nanométrique, mais certains des concepts les plus prometteurs semblent s'exclure mutuellement. Cela signifie que vous ne pouvez pas combiner plusieurs composants pour créer un réseau.

"L'utilisation de phénomènes quantiques nécessite une précision extrême pour maintenir le bon rapport de différentes substances dans le matériau tout en modifiant la structure chimique du matériau, ce qui est nécessaire si vous voulez créer des synapses artificielles pour simuler les propriétés des voies nerveuses telles que nous les connaissons en biologie, " dit Meier.

Des efforts collaboratifs interministériels, dirigé par le professeur Meier, ont réussi à contourner certains de ces problèmes en développant une nouvelle approche.

"La nouvelle approche est basée sur l'exploitation d'irrégularités "cachées" au niveau atomique, défauts dits anti-Frenkel, " dit Meier.

Les chercheurs ont réussi à créer eux-mêmes de tels défauts, permettant ainsi à un matériau isolant de devenir électriquement conducteur.

Les défauts du matériau sont liés à ses diverses propriétés. Cependant, les défauts anti-Frenkel peuvent être manipulés de manière à ce que les modifications de la conductivité n'affectent pas la structure réelle du matériau ou ne modifient pas ses autres propriétés, comme le magnétisme et la ferroélectricité.

"Le maintien de l'intégrité structurelle permet de concevoir des dispositifs multifonctionnels utilisant le même matériau. C'est un grand pas vers une nouvelle technologie à l'échelle nanométrique, " dit Meier.

L'équipe de recherche comprend le professeur S. M. Selbach du Département de science et génie des matériaux, Les professeurs Antonius T. J. van Helvoort et Jaakko Akola et les professeurs associés Per Erik Vullum et David Gao du Département de physique, et le professeur agrégé Jan Torgersen du Département de génie mécanique et industriel.

Un autre avantage de la nouvelle approche est que les chercheurs peuvent effacer des composants à l'échelle nanométrique à l'aide d'un simple traitement thermique. Ensuite, vous pouvez modifier ou mettre à niveau les composants du matériau par la suite.

"Peut-être que nous pourrons utiliser nos gadgets électroniques plus longtemps au lieu de les recycler ou de les jeter. Nous pouvons simplement les mettre à niveau à la place. C'est fondamentalement beaucoup plus respectueux de l'environnement, " dit Meier.

La planification est déjà en cours pour d'autres tentatives de combiner différents composants. Ce travail sera réalisé par le groupe FACET du Département de Science et Génie des Matériaux de NTNU.

Le travail est soutenu par le Conseil européen de la recherche grâce à une subvention ERC Consolidator que Meier a reçue l'année dernière. Le célèbre Center for Quantum Spintronics (QuSpin) est également impliqué. L'objectif est d'utiliser à la fois la charge et le spin des électrons pour nous offrir un avenir plus respectueux de l'environnement.