L'apprentissage automatique améliore l'imagerie par rayons X

Les chercheurs de l’université Cornell ont élaboré une méthode innovante pour étudier les nanotextures dans les matériaux à couche mince, une avancée significative pour l’analyse des candidats potentiels en informatique quantique et microélectronique. Alliant les rayons X de haute puissance, des algorithmes de récupération de phase et l’apprentissage automatique, cette technologie pourrait ouvrir de nouvelles voies d’exploration.

Les scientifiques manifestent un intérêt particulier pour les nanotextures non uniformément réparties dans une couche mince. En effet, elles confèrent des propriétés inédites aux matériaux. Jusqu’à présent, leur étude nécessitait l’emploi de techniques complexes de microscopie électronique, sans pour autant préserver l’échantillon d’origine.

Or, la technologie mise au point par les chercheurs de Cornell permet d’éliminer ces contraintes. Les détails de cette nouvelle méthode ont été publiés le 6 juillet dans les Proceedings of the National Academy of Sciences.

Imagerie innovante : une approche simplifiée

La technique innovante repose sur l’usage de la diffraction des rayons X, associée à l’apprentissage automatique et aux algorithmes de récupération de phase. Ces derniers permettent d’inverser les données de diffraction X, comme celles produites par la source de synchrotron à haute énergie de Cornell, afin d’obtenir une visualisation réelle du matériau à l’échelle nanométrique.

En plus d’être plus accessible aux scientifiques, cette méthode offre l’opportunité d’analyser une plus grande partie de l’échantillon, comme l’explique Andrej Singer, professeur assistant en science et génie des matériaux à Cornell et responsable de cette recherche avec son doctorant Ziming Shao.

Avantages et applications

L’un des principaux atouts de cette nouvelle technique est qu’elle ne nécessite pas de décomposer l’échantillon. De ce fait, elle permet une étude dynamique des couches minces et l’observation de l’évolution des structures sous l’effet de la lumière.

Le doctorant note que la méthode peut être facilement appliquée pour étudier la dynamique in-situ ou en opération. Par exemple, les chercheurs prévoient d’utiliser cette technique pour étudier comment la structure évolue après une excitation par des impulsions laser courtes, un concept prometteur pour les futures technologies terahertz.

Test de la technique et découvertes

La technique a été testée sur deux couches minces, la première ayant une nanotexture connue qui a permis de valider les résultats de l’imagerie. Le test sur la deuxième couche mince – un isolant de Mott lié à la supraconductivité – a permis de découvrir un nouveau type de morphologie jamais observé auparavant dans ce matériau : un nanopattern induit par la tension qui se forme spontanément lors du refroidissement à des températures cryogéniques.

En synthèse

Cette nouvelle approche d’imagerie des nanotextures offre de nombreux avantages pour les scientifiques, notamment en facilitant la visualisation des matériaux à l’échelle nanométrique sans dégradation de l’échantillon. Cependant, la technique nécessite des équipements spécifiques et une expertise en apprentissage automatique pour l’interprétation des données.

En dépit des défis techniques, cette avancée s’annonce comme un véritable levier pour le développement de l’informatique quantique et la microélectronique. Les futures applications de cette technologie, notamment en matière de technologies terahertz, pourraient révolutionner de nombreux secteurs.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la diffraction des rayons X ?

La diffraction des rayons X est une technique utilisée pour étudier la structure atomique et cristalline des matériaux. Elle permet d’obtenir des informations précises sur la géométrie, la taille et les imperfections de la structure.

Qu’est-ce que l’apprentissage automatique ?

L’apprentissage automatique est une branche de l’intelligence artificielle qui se base sur l’idée que les systèmes peuvent apprendre à partir de données, identifier des modèles et prendre des décisions avec un minimum d’intervention humaine.

Qu’est-ce qu’un isolant de Mott ?

Un isolant de Mott est un matériau qui devrait normalement conduire l’électricité selon la théorie de la bande, mais qui se comporte en réalité comme un isolant en raison des fortes interactions entre les électrons.

Qu’est-ce que la supraconductivité ?

La supraconductivité est un phénomène observé dans certains matériaux qui se caractérisent par une résistance électrique nulle et l’expulsion du champ magnétique à des températures très basses.

Qu’est-ce que la technologie terahertz ?

La technologie terahertz concerne l’usage des ondes électromagnétiques dans la gamme de fréquences terahertz. Elle a des applications potentielles dans les domaines de l’imagerie, de la communication et de la détection.