Dans une étude récente, des chercheurs ont utilisé une approche d’ingénierie courante pour améliorer la supraconductivité et induire la ferroélectricité dans le matériau quantique qu’est le titanate de strontium. Les matériaux quantiques possèdent des propriétés spéciales qui ne peuvent être expliquées que par la mécanique quantique, et le titanate de strontium en est un exemple intéressant.
Le titanate de strontium présente des propriétés de supraconductivité et de ferroélectricité intrigantes. La supraconductivité implique une résistance nulle à l’électricité et l’expulsion complète des champs magnétiques. La ferroélectricité, quant à elle, implique une polarisation électrique spontanée (comme les pôles d’un aimant) qui peut être inversée par un champ électrique.
La découverte des chercheurs
Dans cette étude, les scientifiques ont découvert que la déformation du matériau de certaines manières provoque des défauts (appelés dislocations) qui s’organisent en structures répétitives. Ces changements entraînent des améliorations surprenantes des propriétés supraconductrices et ferroélectriques du titanate de strontium.
L’impact de cette recherche
Cette recherche démontre le grand potentiel de la déformation plastique pour modifier et créer des matériaux et phénomènes quantiques. La déformation plastique modifie de manière permanente la forme d’un matériau sans provoquer de fissures ni de fractures. Cette capacité aidera les scientifiques à découvrir de nouvelles propriétés électroniques et des matériaux utiles dans de nouvelles applications.
Ce travail met également en lumière la puissance des sondes de diffusion de neutrons et de rayons X de pointe, essentielles pour décrypter les structures complexes de tels matériaux quantiques.
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Une approche scientifique combinant expérience et théorie
Enfin, la recherche démontre le potentiel d’une approche scientifique combinant expérience et théorie. Les matériaux se déforment initialement de manière élastique lorsqu’ils sont soumis à une contrainte mécanique et reviennent à leur état initial une fois la contrainte retirée.
La déformation plastique, en revanche, implique de contraindre un matériau au-delà de ce régime élastique et crée des défauts de dislocation étendus et des structures de dislocation à grande échelle.
En synthèse
Les chercheurs ont découvert que le titanate de strontium, un oxyde pérovskite important, lorsqu’il est soumis à une déformation plastique, présente une amélioration spectaculaire de sa supraconductivité. La diffusion de neutrons et de rayons X a permis de modéliser en espace réel les structures de dislocation périodiques à l’origine de ces propriétés électroniques améliorées. La diffusion Raman a révélé l’existence d’un ordre ferroélectrique local dans le système déformé.
Hameed, S., et al., Enhanced superconductivity and ferroelectric quantum criticality in plastically deformed strontium titanate, Nature Materials21, 54–61 (2022). [DOI: 10.1038/s41563-021-01102-3]
