L’invisible devient visible : la microscopie franchit une nouvelle frontière

Les chercheurs australiens ont développé une nouvelle méthode de microscopie permettant d’observer les changements infimes dans l’architecture atomique des matériaux cristallins.

La recherche présente une nouvelle approche pour décoder les relations atomiques au sein des matériaux. L’équipe dirigée par le professeur Simon Ringer a exploité la puissance de la tomographie par sonde atomique (APT) pour explorer les subtilités de l’ordre à courte distance (SRO).

Le processus SRO est comparé au «génome des matériaux», représentant la configuration des atomes dans un cristal. Les différents agencements atomiques locaux influencent les propriétés électroniques, magnétiques, mécaniques et optiques des matériaux, impactant ainsi la sécurité et la fonctionnalité de nombreux produits.

Jusqu’à présent, le SRO était difficile à mesurer et à quantifier en raison de l’échelle extrêmement réduite des arrangements atomiques. La nouvelle méthode utilisant l’APT surmonte ces obstacles, ouvrant la voie à des avancées significatives en science des matériaux.

Des applications industrielles prometteuses

Cette innovation pourrait contribuer au développement d’alliages plus résistants et plus légers pour l’industrie aérospatiale, de semi-conducteurs de nouvelle génération pour l’électronique, et d’aimants améliorés pour les moteurs électriques. La création de produits durables, efficaces et rentables est également envisagée.

L’étude s’est concentrée sur les alliages à haute entropie, particulièrement prometteurs pour diverses applications d’ingénierie avancée. Le professeur Ringer explique : «Ces alliages font l’objet d’un effort de recherche mondial considérable en raison de leur intérêt pour des situations nécessitant une résistance à haute température, comme dans les moteurs à réaction et les centrales électriques, ainsi que pour le blindage contre l’irradiation neutronique dans les réacteurs nucléaires.»

Une nouvelle approche de la conception des matériaux

L’équipe a utilisé des techniques avancées de science des données, s’appuyant sur les informations fournies par l’APT. Cette technique d’imagerie sophistiquée visualise les atomes en 3D, permettant d’observer et de mesurer le SRO, et de comparer ses variations dans les alliages soumis à différentes conditions de traitement.

Dr Mengwei He, chercheur postdoctoral à l’École d’ingénierie aérospatiale, mécanique et mécatronique, souligne : «La capacité à mesurer et à comprendre l’ordre à courte distance a transformé notre approche de la conception des matériaux. Elle nous donne un nouveau regard sur la façon dont de petits changements dans l’architecture au niveau atomique peuvent conduire à des bonds gigantesques dans les performances des matériaux.»

Cette étude améliore considérablement les capacités des chercheurs à simuler, modéliser et prédire le comportement des matériaux de manière informatique. Le SRO fournit en effet un plan détaillé à l’échelle atomique.

Dr Andrew Breen, chercheur postdoctoral senior, affirme : «Nous avons démontré qu’il existe des régimes où le SRO peut réellement être mesuré à l’aide de la tomographie par sonde atomique. Non seulement nous avons innové une approche expérimentale et un cadre computationnel pour mesurer le SRO, mais nous avons également produit une analyse de sensibilité qui délimite la gamme précise de circonstances dans lesquelles de telles mesures sont valides, et où elles ne le sont pas.»

Cette avancée ouvre de nouvelles perspectives pour la communauté scientifique et d’ingénierie des matériaux, promettant d’élargir encore davantage le champ des recherches dans ce domaine passionnant.

Légende illustration : Environnements atomiques simulés. Crédit : Simon Ringer, Mengwei He et chercheurs.

Article : L’article de recherche de l’équipe, intitulé « Quantifying short-range order using atom probe tomography » (quantification de l’ordre à courte portée à l’aide de la tomographie par sonde atomique), est publié dans Nature Materials.