Un article récent dirigé par l'UNSW et publié dans Nature Communications présente une nouvelle façon passionnante d'écouter les avalanches d'atomes dans les cristaux.
Le mouvement des atomes à l’échelle nanométrique lorsque les matériaux se déforment entraîne une émission sonore. Ce soi-disant bruit de crépitement est un phénomène invariant à l'échelle que l'on retrouve dans divers systèmes matériels en réponse à des stimuli externes tels que la force ou les champs externes.
Les mouvements saccadés de matériaux sous forme d'avalanches peuvent s'étendre sur plusieurs ordres de grandeur et suivre des règles d'échelle universelles décrites par les lois de puissance. Le concept a été initialement étudié sous le nom de bruit de Barkhausen dans les matériaux magnétiques et est maintenant utilisé dans divers domaines allant de la recherche sur les tremblements de terre et la surveillance des matériaux de construction à la recherche fondamentale impliquant les transitions de phase et les réseaux neuronaux.
La nouvelle méthode de mesure du bruit de crépitement à l'échelle nanométrique développée par les chercheurs de l'UNSW et de l'Université de Cambridge est basée sur la nanoindentation SPM.
"Notre méthode nous permet d'étudier le bruit de crépitement de caractéristiques individuelles à l'échelle nanométrique dans des matériaux, tels que les parois de domaines dans les ferroélectriques", explique l'auteur principal, le Dr Cam Phu Nguyen. "Les types d'avalanches d'atomes diffèrent autour de ces structures lorsque le matériau se déforme."
L'un des aspects les plus intrigants de la méthode est le fait que des caractéristiques individuelles à l'échelle nanométrique peuvent être identifiées en imageant la surface du matériau avant de l'indenter. Cette différenciation permet de nouvelles études qui n'étaient pas possibles auparavant.
Dans une première application de la nouvelle technologie, les chercheurs de l'UNSW ont utilisé cette méthode pour étudier les discontinuités dans des matériaux ordonnés, appelées parois de domaine.
"Les murs de domaines sont au centre de nos recherches depuis un certain temps. Ils sont très intéressants en tant qu'éléments de base pour l'électronique post-loi de Moore", déclare l'auteur, le professeur Jan Seidel, également à l'UNSW. "Nous montrons que les exposants critiques des avalanches sont modifiés à ces caractéristiques à l'échelle nanométrique, conduisant à une suppression de la criticité mixte, qui est autrement présente dans les domaines."
Du point de vue des applications et des nouvelles fonctionnalités des matériaux, la microscopie à bruit crépitant présente une nouvelle opportunité pour générer des connaissances avancées sur ces caractéristiques à l’échelle nanométrique. L'étude discute des aspects expérimentaux de la méthode et fournit une perspective sur les futures orientations et applications de recherche.
Plus d'informations : Cam-Phu Thi Nguyen et al, Microscopie à bruit crépitant, Nature Communications (2023). DOI :10.1038/s41467-023-40665-4
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par le Centre d'excellence ARC sur les futures technologies électroniques à faible consommation d'énergie (FLEET)
