Découverte d’un matériau aux propriétés étonnantes

Découverte d’un matériau aux propriétés étonnantes

Découverte d’un matériau aux propriétés étonnantes 400 334 Sébastien BAGES

Normalement, un matériau peut être polarisé soit magnétiquement, soit électriquement, mais pas les deux en même temps. Mais des chercheurs de l’Institut Niels Bohr de l’Université de Copenhague ont étudié un matériau qui est à la fois magnétiquement et électriquement polarisable. Cela ouvre de nouvelles possibilités, par exemple, des capteurs pour des technologies du futur. Les résultats ont été publiés dans la revue scientifique Nature Materials.


Les matériaux qui peuvent être à la fois magnétiquement et électriquement polarisée, et ont également d’autres propriétés, sont appelés multiferroïques et ont été précédemment découvert par des chercheurs russes dans les années 1960. Mais la technologie d’examination des matériaux n’existait pas à ce moment-là. Ce n’est que maintenant, ces dernières années, que les chercheurs ont une fois de plus prêté attention en analysant leurs propriétés. Notre technologie et les installations actuelles sont aujourd’hui capables d’analyser de la matière à l’échelle atomique.

 

Des résultats de tests surprenant

« Nous avons étudié le rare composé présent dans le fer naturel, TbFeO3, en utilisant un rayonnement neutronique puissant dans un champ magnétique. La température a été refroidie à la limite du zéro absolu, à -271°C. Nous avons pu identifier que les atomes dans le matériau sont disposés dans une structure en treillis congruents, constitués de lignes de métal lourd de terbium par du fer et des atomes d’oxygène. Ces treillis sont bien connus, mais leurs domaines magnétiques sont nouveaux. Normalement, les domaines magnétiques sont un peu pêle-mêle, mais nous avons observé ici qu’ils sont déposés droit comme une ligne, séparés par une même distance entre eux. Nous avons été complètement stupéfaits quand nous avons vu ça », explique Kim Lefmann, professeur agrégé au Centre de Nano-Science, à l’Université de Copenhague.

Ils avaient de très belles et étranges mesures, et c’est une découverte qui peut éveiller un intérêt intense auprès des chercheurs. Pourquoi ressemblent-ils à ça ?

Découverte d'un matériau aux propriétés étonnantes© Niels Bohr Institute


 

Expliquer la physique

Les expériences ont été menées à l’installation de recherche neutronique Helmholtz-Zentrum à Berlin, en collaboration avec des chercheurs en Hollande, en Allemagne, à l’ESS de Lund et à Risø / DTU. Ils aimeraient avoir une compréhension générale de la matière avec l’aide de calculs ; et ils sont maintenant arrivés à une image plus précise de la relation entre la structure de la matière et ses propriétés physiques.

« Ce que les modèles dépeignent sont que les murs de terbium interagissent en échangeant des ondes de spins (magnétisme), qui sont transférées à travers le treillis de fer magnétique. Le résultat est une force de Yukawa-like, qui est connue de la physique nucléaire et des particules. Le matériel expose dans un sens les mêmes forces interagissantes, qui détiennent les particules entre elles dans les noyaux atomiques », explique Heloisa Bordallo, professeure agrégée de l’Institut Niels Bohr.

C’est précisément cette interaction entre le métal de transition, le fer, et l’élément rare (le terbium), qui joue un rôle dans ce matériau magnéto-électrique. Les ondes de spin de terbium provoquent une augmentation significative de la polarisation électrique et de l’interaction entre les ions des éléments créant un plus fort effet magnéto-électrique observé dans les matériaux.

« Grâce à ces résultats, nous avons trouvé une nouvelle voie pour découvrir et développer de nouveaux multiferroïques », soulignent les chercheurs du groupe. Maintenant, c’est à d’autres recherches de déterminer si ce nouvel effet pourrait conduire à de nouvelles applications de ces matériaux qui possèdent d’étonnantes propriétés physiques.


Citations EurekAlert
Crédit image À la Une : © Niels Bohr Institute

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Sébastien BAGES
About the author

Sébastien BAGES

Plus de trois années de travail passionné sur Civilisation 2.0 Actus, et fondateur de l'association Civilisation 2.0, je mets à contribution mon expertise de veille technique et scientifique, mon analyse de chef de projet, mon engouement pour la science et ses outils, et mon expérience dans le développement stratégique afin d'offrir à tous ce qui en résulte.

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