Un oxyde aux propriétés vraiment multiples !
Publié par Michel le 03/10/2010 à 00:00
Le couplage d'effets magnétique, électrique et mécanique au sein d'un même matériau, constitue une spécificité que seuls de rares composés dits "multiferroïques" présentent. Au sein de l'un de ces composés, les chercheurs du CEA Iramis (1) ont observé et expliqué un effet photostrictif, c'est-à-dire une distorsion sous l'effet de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...): une propriété supplémentaire pour ces matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.), qui donne des idées pour les capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension...) du futur. Ces travaux font l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une...) d'une publication dans Nature Materials du mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) d'octobre.


Les composés multiferroïques sont des matériaux multifonctionnels: ils présentent la particularité d'entraîner, sous l'action d'un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux...) externe d'une nature donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un événement, etc.) (éclairement, contrainte, champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une direction,...) ou électrique externe), la modification d'une autre propriété du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base...) (aimantation, polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En électronique, la polarisation est le fait d'appliquer une...) électrique, déformation...) . Ces composés offrent notamment la possibilité de contrôler une aimantation par un champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace...) ; un effet magnétoélectrique longtemps cantonné à certains matériaux exotiques réagissant à très basses températures.

Depuis le début des années 2000, les chercheurs étudient cet effet au sein d'un oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion...), la ferrite de bismuth (Le bismuth est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole Bi et de numéro atomique 83.) BiFeO3 , un matériau antiferromagnétique (2) et ferroélectrique (3) à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert de...) ambiante. Ils voient son utilité dans les mémoires d'ordinateurs, afin de réduire les tailles des éléments mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.), et de diminuer les pertes d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) lors de l'écriture, et l'échauffement qui en découle.

En plus du couplage entre polarisation électrique, magnétisme (Le magnétisme est un phénomène physique, par lequel se manifestent des forces attractives ou répulsives d'un objet sur un autre, ou avec des charges électriques en mouvement. Ces objets, dits magnétisables, sont...) et distorsion du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle...) cristallin (déformation du matériau), l'oxyde BiFeO3 présente un couplage entre éclairement et déformation: c'est ce que viennent de démontrer les chercheurs du CEA Iramis. BiFeO3 est photovoltaïque, c'est-à-dire que la lumière est à même de générer des charges électriques au sein du matériau. En éclairant un cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique...) de BiFeO3 par un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light amplification by...), ou même par de la lumière dans le spectre visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.), les chercheurs ont observé qu'il se dilate légèrement. Cette propriété appelée "photostriction" est expliquée par la combinaison (Une combinaison peut être :) des effets photovoltaïque (la lumière génère un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) électrique interne) et piézoélectrique (le champ électrique distord le matériau).


Notes:

(1) CEA Iramis: Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute...) Rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) Matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...) de Saclay.

(2) L'antiferromagnétisme est un ordre magnétique dans lequel la moitié des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement constitué d'un...) a un moment magnétique (En magnétostatique, soit une distribution de courants permanents à support compact de volume V.) opposé ( En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à ajouté à n donne zéro. En botanique, les organes d'une plante sont dits opposés...) à l'autre moitié (cela ne signifie pas que le matériau n'est pas magnétique).

(3) Propriété d'un matériau qui présente spontanément une polarisation électrique.


Référence:

Light-induced size changes in BiFeO3 crystals, B. Kundys, M. Viret, D. Colson and D.O.Kundys, http://www.nature.com/nmat/journal/v9/n ... t2807.html


Source et illustration: CEA
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