10/07/2015 - Les matériaux multiferroiques amélioreront l'efficacité énergétique dans le stockage des données

Menéame

Enquêteurs Université de Saragosse et du CSIC, avec d'autres groupes d'Espagne, de Suisse et d'Allemagne, ont obtenu pour la première fois à température ambiante des films minces d'un matériaux ayant des propriétés multiferroiques (magnétiques et ferro-électriques) qui aideraient à créer une nouvelle génération de dispositifs de stockage d'informations à faible consommation. Jusqu'à dix fois, la consommation d'énergie du processus d'enregistrement de l'information serait réduite et des appareils beaucoup plus efficaces seraient donc mis en place.

Les matériaux très rares dans lesquels il se présente, appelés multiferroiques, font l'objet d'une recherche très active au cours des dix dernières années, mais obtenir dans un même matériel coexistent des propriétés magnétiques et ferroélectriques En même temps, il est extrêmement rare, car les mécanismes qui les produisent sont souvent mutuellement exclusifs. En outre, on s'emploie à découvrir des matériaux multiferroïques qui conservent leurs propriétés à température ambiante, car ceux qui sont connus jusqu'à présent ne les achètent qu'à des températures très basses, inférieures à -200 °C.

D'où l'importance de la collaboration de plusieurs groupes de recherche en Espagne, en Suisse et en Allemagne, qui a fait un pas supplémentaire vers sa réalisation, comme le prévoit l'article "Strain-induced coupling of electorial polarisation and structural defects in SrMnO3 films" et qui recueille la revue Nature Nanotechnology. Bien que M.MnO3 ne soit pas un matériau polaire, ces chercheurs ont réussi à préparer des films minces qui le sont, et aussi à température ambiante.

Les auteurs de l'article en Aragon appartiennent au Institut de nanoscience d'Aragon (INA), le Laboratoire de microscopie avancée (Université de Saragosse) et Institut de science des matériaux d'Aragon (Unizar-CSIC). Laura Maurel: étudiant en doctorat (INA); César Magén: chercheur à la fondation ARAID, INA, Département de physique de la matière condamnée et Laboratoire de microscopie avancée; Eric Langenberg: chercheur postdoctoral sous contrat, (INA); Javier Blasco: chercheur scientifique du CSIC, de l'ICMA et du Département de physique de la matière condamnée; Pedro A. Algarabel: professeur de recherche au CSIC, ICMA et Département de physique de la matière condamnée et José Ángel Pardo: professeur titulaire d'université, Département de la science et de la technologie des matériaux et des fluides et INA.

Méthodologie

La méthode pour obtenir ces fines feuilles de SrMnO3 avec des propriétés multiferroiques est appelée déformation épitaxiale et consiste à fabriquer des couches très minces (d'environ 20 nanomètres d'épaisseur) légèrement étirées vers leurs extrémités, de manière analogue à celle de la peau d'un tambour. Cette façon de les préparer conduit l'atome de manganèse à se déplacer spontanément du centre de sa cellule cubique, brisant ainsi la symétrie de la distribution des charges électriques. Le plus extraordinaire, c'est que ce matériau est à la fois magnétique (en raison du manganèse), en particulier anti-ferromagnétique, mais seulement à environ -100 °C. Quoi qu'il en soit, ce travail représente un grand progrès en testant l'utilité de la déformation épitaxiale comme méthode de production de nouveaux matériaux multiferroiques dans lesquels il sera possible de contrôler la magnétisation dans un avenir proche par des champs électriques à température ambiante.

Ce résultat est le fruit de la recherche qui s'est développée depuis des décennies. À la fin du siècle dernier, des scientifiques se sont demandé si un matériau pouvait être à la fois polaire et magnétique. Imaginez huit atomes égaux avec une charge électrique négative situés sur les sommets d'un cube parfait. Où est le centre des charges négatives ? Il est clairement situé au centre du cube. Supposons maintenant qu'il y ait aussi un atome avec une charge électrique positive à ce même point central. Nous pouvons alors dire que le centre des charges positives et celui des négatives coïncident. Or, cette façon de trier les ions (atomes positifs et négatifs) est la plus courante dans la plupart des céramiques connues. Ces structures sont appelées centarimétriques ou non polaires.

Lorsqu'un matériau isolant à structure non polaire est équipé d'un champ électrique, par exemple en le plaçant entre les plaques d'un condensateur, les atomes positifs et les atomes négatifs se déplacent légèrement dans des sens opposés. Il en résulte un état polaire ou asymétrique, dans lequel les centres de leurs charges positives et négatives ne coïncident plus. Lorsque le champ électrique est coupé, les atomes retournent à leur position concentrée et la situation initiale est rétablie.

Cependant, certains matériaux présentent spontanément cet état polaire, c'est-à-dire sans qu'un stimulus électrique leur soit appliqué à l'extérieur. Ces matériaux sont relativement rares mais très utiles. Par exemple, les céramiques ferroélectriques, qui appartiennent à ce groupe, sont utilisées pour stocker l'énergie électrique, comme dans les flashs des appareils photo, ou des informations numériques, comme dans les mémoires de certains modèles de Playstation.

D'autre part, les matériaux magnétiques, ceux qui sont utilisés pour fabriquer des aimants, transformateurs, boussoles, etc., sont bien connus depuis longtemps et très utilisés. De nombreux lecteurs ont certainement déjà fabriqué un électro-aimant en faisant circuler le courant qui produit une pile par une bobine roulée autour d'une barre de fer. Magnétiser un matériau au moyen d'un courant électrique est le principe sur lequel repose l'enregistrement sur les mémoires magnétiques, comme les disques durs de nos ordinateurs.

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UNIZAR

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