18/02/2015 - Ils mesurent un changement record de conductivité en soumettant un sous-sol à de grandes pressions

Menéame

Enquêteurs ICN2 ont mesuré à température ambiante les valeurs les plus élevées de piézorésistivité jamais mesurées dans aucun matériau électrocéramique, dépassant également les enregistrements de matériaux de référence tels que les nanohiles de silicium ou le graphène. En outre, ils ont fait la mesure avec une technique simple qui évite la nécessité de disposer de grands équipements de contrôle de la pression. L’enquête a été menée par le Groupe de la Nanogénicité des Oxydes, dirigé par le Prof. ICREA Gustau Catalan. Le Dr. Neus Domingo est le premier signataire de l’article publié à Nanoscale et a joué un rôle clé dans la recherche.

La piezorésistivité c’est un phénomène qui consiste à modifier la conductivité électrique de certains matériaux lorsqu'ils sont soumis à une pression qui les déforme. C’est en raison du fait que les isolants et les semi-conducteurs ont des caractéristiques électriques très spéciales qui créent des bandes avec des propriétés différentes: la bande de valence, où les électrons sont "parfaits," et la bande de conduite, par laquelle circule le courant électrique. Ces bandes sont séparées par une barrière d’énergie; plus cette barrière est basse, plus le nombre d’électrons dans la bande de conduite est élevé et plus la conductivité électrique est élevée.

En appliquant une pression sur certains matériaux semi-conducteurs, on modifie la hauteur de la barrière séparant la bande de valence et celle de conduite, facilitant le saut des électrons dans la bande de conduite et réduisant ainsi la résistance électrique du matériau. En d’autres termes, lorsque nous appuyons sur le matériau, il conduit mieux l’électricité. Cela a un large éventail d’applications possibles, allant de capteurs de pression à de l’animosité microélectronique où le courant est réglé par pression au lieu de tension.

Une pointe nanoscopique pour étudier de grandes pressions

Dans les laboratoires de l’ICN2, le groupe du Prof. Catalan a mesuré une piszorésistivité énorme dans un matériau céramique, l’iridate de yrydate (Sr2IrO4). Les mesures ont été effectuées avec un microscope de force atomique (AFM), un appareil utilisant les aiguilles nanoscopiques tranchantes qui permettent de serrer le matériau tout en mesurant sa conductivité. En fait, il s’agit d’une façon nouvelle et imaginative d’utiliser cet équipement, car c’est la première fois que la pointe du microscope AFM est utilisée pour mesurer la piezorésistivité d’un matériau.

La pointe de l’AFM est si petite qu’une force minuscule entraîne des valeurs de pression très élevées. Moins de 1 mg de force (équivalent au poids d’une fourmi), appliquée sur une pointe nanoscopique, se traduit par des pressions de 100 tonnes (le poids de 20 éléphants) par centimètre carré. En fait, les pressions sont si élevées (jusqu'à 10GPa) que, pour éviter que les pointes du microscope ne soient écrasées, on utilise des pointes de diamant.

Ces pressions ont amené les chercheurs à amener M.2IrO4 à conduire 250 fois plus d’électricité. Il souligne également que, malgré des déformations répétées (plus de 500 fois), l’échantillon n’a pas été endommagé. En outre, cette piszorésistivité a été mesurée à température ambiante. Tout cela fait de ce système un bon candidat pour de futures applications sur les capteurs, les nouveaux types d’alésage et d’autres dispositifs électroniques spécialisés. Malheureusement, l’iridium est un matériau très peu abondant sur notre planète, et les scientifiques sont déjà à la recherche de matériaux alternatifs.

Les échantillons destinés à cette recherche ont été fabriqués à l’Université de Californie (USA) et l’étude a été réalisée dans le cadre de l’ICN2 en collaboration avec l’Institut de science des matériaux de Barcelone (ICMAB). Le financement de ce projet a été obtenu principalement par le Conseil européen de la recherche (ERC) Consolidator Grant et par un projet du Plan national d’excellence en matière de recherche du Prof. Catalan.

Référence à l’article

Domingo, N., López-Mir, L., Paradinas, M., Holy, V., Železný, J., Yi, D., Suresha, S.J., Liu, J., Rayan Serrao, C., Ramesh, R., Ocal, C., Martí, X., and Catalan, G. (2015). Giant reversible nanoscale piezoresistance at room temperature in Sr2IrO4 thin films. Nanoscale, 2015; 7: 3453-3459. DOI: 10.1039/C4NR06954D

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Abstract

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ICN2

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