Contrôle des nano-interrupteurs au nickelate avec de la lumière

Anonim

Dr. Giordano Mattoni, chercheur quantique à TU Delft, et ses collaborateurs ont montré que la transition de phase nano-électronique dans une classe de matériaux connus sous le nom de nickelates peut être contrôlée par la lumière laser. Leurs résultats, publiés dans Physical Review Materials, constituent une étape importante dans le domaine des nouveaux matériaux pour l’électronique.

Les nickelates sont une classe de matériaux à l'état solide possédant un ensemble de propriétés uniques, notamment le fait qu'ils peuvent subir une transition de phase entre le comportement conducteur et le comportement isolant. Dans des recherches antérieures, Mattoni et ses collègues ont montré comment la transition métal-isolant (MIT) se propageait dans de tels nickelés. Dans des expériences récentes, ils ont prouvé que le MIT peut être contrôlé avec une lumière laser. "Les matériaux possédant des propriétés physiques reprogrammables à l'échelle nanométrique sont hautement souhaités, mais ils sont à peine disponibles jusqu'à présent", explique Mattoni.

Au cours de leurs expériences dans un laboratoire de recherche international au Royaume-Uni, les scientifiques ont dirigé des impulsions laser ultra-rapides d'une durée de 100 femtosecondes sur un échantillon de NdNiO 3 (nickelate de néodyme). "En envoyant une impulsion laser très rapide et à haute énergie, la température de l’échantillon est passée de 150 à 152 kelvins pendant un court instant. Cette petite augmentation de température a suffi à transformer la propriété du matériau en isolant en conduction. en augmentant la puissance du laser, nous pourrions contrôler l’isolation ou la métallisation du matériau, et donc contrôler ses propriétés physiques. "

Ce contrôle est également rendu possible par une autre propriété du matériau: l'hystérésis (du grec pour «en retard»). "Le réchauffement ou le refroidissement, le matériau ne suit pas le même schéma de transition. Nous pouvons utiliser ce phénomène pour verrouiller le matériau dans une certaine phase." Dans la vie de tous les jours, l'hystérésis est utilisée pour contrôler les thermostats dans les réfrigérateurs ou les systèmes de chauffage central, par exemple. L'activation et la désactivation sont contrôlées en détectant la température, de sorte que les systèmes ne se mettent pas continuellement sous tension et hors tension.

Bien que cette étude soit fondamentale, des applications pratiques sont à l'horizon: des matériaux dans lesquels la conductivité peut être activée et désactivée pourraient être utilisés pour des commutateurs et des circuits destinés à de nouveaux dispositifs électroniques. "De tels matériaux pourraient être utilisés pour des réseaux neuronaux artificiels", explique Mattoni. "Jusqu'à présent, tous les développements dans le domaine de l'intelligence artificielle ont été faits dans le logiciel. Si vous pouvez exécuter des algorithmes directement avec un matériel quelconque, vous pouvez vraiment créer quelque chose qui s'apparente au cerveau."

Malgré ses résultats positifs, l’expérience elle-même n’a pas été planifiée comme telle. "Nous travaillions en fait sur une expérience très difficile que nous devions abandonner. Cependant, cela signifiait qu'il nous restait un peu de temps au synchrotron, et les quelques heures que nous utilisions pleinement." Prouver que même en science fondamentale, il faut faire du foin pendant que le soleil brille.

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