En utilisant l’intelligence artificielle, une recherche menée sur 5,5 millions de composés a fait ressortir des centaines de surfaces capables de retenir très fortement, ou très faiblement, leurs électrons. On comprend ici l’intérêt que cela peut comporter pour l’électronique et les batteries du futur.
Pour comprendre l’intérêt de ce résultat, il faut regarder ce qui se passe à la surface d’un matériau. Un électron ne peut pas toujours la quitter facilement. Il faut lui fournir une certaine quantité d’énergie. Elle dépend notamment du matériau et de la manière dont ses atomes sont disposés en surface.
Une faible valeur facilite la sortie des électrons. Une valeur élevée les retient davantage. Cette propriété intervient dans de nombreux composants électroniques, dans certains systèmes de conversion d’énergie et dans des réactions chimiques utilisant des surfaces. Trouver des matériaux situés aux extrêmes peut donc ouvrir des pistes pour concevoir de nouveaux dispositifs.
Tester des millions de candidats avec les méthodes de calcul les plus précises demanderait toutefois énormément de ressources informatiques. Jun Meng et ses collègues ont donc procédé par étapes. Leur système commence avec un modèle IA d’apprentissage automatique rapide, puis réserve les calculs physiques coûteux aux candidats qui méritent une vérification plus poussée.
Le modèle tient aussi compte de son niveau d’incertitude. Concrètement, une prédiction jugée peu fiable peut être contrôlée avec une méthode plus précise au lieu d’être acceptée telle quelle. Les chercheurs ont appliqué ce tri à 5,5 millions de composés provenant des bases de données GNoME et Alexandria.
Le criblage a identifié 209 surfaces dont la fonction de travail est inférieure à 2,0 électronvolts. Elles correspondent à 136 matériaux distincts. À l’autre extrême, 227 surfaces dépassent 6,0 électronvolts, pour 172 matériaux.
Certains résultats suivent des tendances chimiques déjà connues, par exemple les surfaces terminées par des métaux alcalins ou alcalino-terreux apparaissent souvent parmi celles qui libèrent plus facilement leurs électrons. Plus intéressant : l’analyse a aussi repéré des associations moins habituelles, notamment des surfaces riches en lanthanides parmi les valeurs particulièrement faibles.
La prochaine étape consiste à examiner expérimentalement les candidats les plus prometteurs. Leur stabilité, leur fabrication et leur comportement réel devront être vérifiés. Le travail des chercheurs fournit surtout une méthode pour réduire rapidement une liste de plusieurs millions de possibilités avant de consacrer des expériences et des calculs lourds à quelques matériaux.