Imagerie dépendante de la polarisation de β′-In2Se3.(UN) Structure atomique d’une supercellule de β′-In2Se3. (B) Diagramme de niveau d’énergie du processus PE à deux photons dépendant de la polarisation. CB, bande de conduction ; VB, bande de valence. (C) Schéma de PD-PEEM pour θ spatialement dépendantGDT. L’ombrage blanc indique l’intensité PE maximale. (D) Image de différence de PD-PEEM avec hν = 3,1 eV. (E) Intensité PE en fonction de la polarisation laser des trois régions indiquées. Les points correspondent à l’intensité PE normalisée et les courbes sont adaptées aux régions de (D). (F) Carte de θGDT s’adapter à chaque pixel regroupé 2 × 2 dans les données PD-PEEM de différence. Crédit: Avancées scientifiques (2024). DOI : 10.1126/sciadv.ado2136
Des scientifiques de l’Université de Chicago ont fait des progrès significatifs dans l’imagerie des matériaux antiferroélectriques, une classe de matériaux dotés de propriétés électriques uniques qui pourraient ouvrir la voie à des applications potentielles dans le stockage d’énergie, les capteurs et les dispositifs de mémoire.
Il est crucial de comprendre les propriétés électroniques des matériaux pour faire progresser les technologies de pointe. Cependant, les chercheurs ont été confrontés à des difficultés pour imager certains types de matériaux et, par conséquent, découvrir leurs véritables propriétés et leur potentiel.
« Nous avons démontré une nouvelle méthode pour l’émergence de matériaux antiferroélectriques à l’échelle nanométrique », a déclaré Sarah King, professeure adjointe de chimie et auteure principale de l’étude. « Je pense que le fait de disposer de nouvelles techniques d’imagerie avec une résolution spatiale aussi élevée est incroyablement puissant. Cela va jouer un rôle essentiel dans le développement de nouveaux matériaux. »
L’étude a été publiée le 14 juin dans Avancées scientifiques.
Prendre une meilleure photo
Le laboratoire de King utilise la microscopie électronique pour étudier les matériaux afin de découvrir leur fonctionnement, puis de les personnaliser pour diverses utilisations. Dans ce cas, son équipe a examiné des matériaux dotés d’une capacité spéciale appelée antiferroélectricité.
Les matériaux antiferroélectriques sont extrêmement précieux en raison de leur disposition spéciale de dipôles électriques (arrangements de charges partielles positives et négatives) qui s’annulent parfaitement, ce qui entraîne l’absence de polarisation nette positive ou négative dans le matériau.
Habituellement, les dipôles électriques peuvent s’ordonner de différentes manières et forment ce que l’on appelle des « domaines » avec des alignements différents en fonction de la manière dont les atomes du matériau sont disposés.
Surtout, l’application d’un champ électrique à un matériau antiferroélectrique vous permet de le faire passer à un état d’énergie plus élevé dans lequel les dipôles électriques ne s’annulent pas. Ce comportement de commutation les rend particulièrement fascinants pour les scientifiques et les ingénieurs qui cherchent à libérer leur potentiel, notamment dans le domaine de l’électronique et du stockage d’énergie.
Cependant, le développement de ces matériaux a présenté des défis, notamment lorsqu’il s’agit de les visualiser et de les caractériser en vue de leur modification. Les techniques d’imagerie traditionnelles manquent souvent de la résolution et du contraste nécessaires pour étudier efficacement ces matériaux et leur dynamique.
“L’un des principaux obstacles est que nous ne disposons pas d’un excellent moyen de déterminer si quelque chose est antiferroélectrique, car nous n’avons pas les moyens de visualiser les domaines”, a expliqué King.
Déterminé à voir clairement leurs objectifs, son laboratoire a désormais lancé une nouvelle approche qui permet aux chercheurs de voir enfin leurs domaines.
King et Ruiyu Li, membre du laboratoire, ajustent les paramètres des instruments dans le laboratoire de microscopie. Crédit : Université de Chicago
Trouver la carte
S’appuyant sur une technique de microscopie avancée appelée microscopie électronique à photoémission dépendante de la polarisation, le groupe a pu imager en détail les propriétés électroniques et la disposition des domaines dans un matériau antiferroélectrique couramment utilisé appelé séléniure d’indium.
Cette nouvelle méthode combine la lumière polarisée des lasers avec l’imagerie électronique et offre une image plus complète des propriétés d’un matériau, en cartographiant la disposition et l’orientation à l’échelle nanométrique des domaines antiferroélectriques.
Grâce à cette avancée technologique dans le domaine de l’imagerie, King envisage un avenir dans la science des matériaux dans lequel les scientifiques pourront explorer en profondeur divers aspects tels que la commutation de domaine dans les matériaux antiferroélectriques et ferroélectriques et les transitions de phase.
Elle s’intéresse particulièrement à la manière dont les différentes propriétés des matériaux interagissent pour créer des états ordonnés, en mettant l’accent sur le rôle que jouent l’ordre et la hiérarchie dans la formation des domaines.
Le premier auteur de l’article est Joseph Spellberg, étudiant diplômé ; d’autres auteurs étaient l’étudiante de premier cycle Lina Kodaimati, la chercheuse postdoctorale Prakriti Joshi et l’étudiant diplômé Nasim Mirzajani, ainsi que Liangbo Liang du laboratoire national d’Oak Ridge.
Plus d’information:
Joseph L. Spellberg et al, Orientation de la structure électronique comme carte de l’antiferroélectricité dans le plan dans β′-In 2 Se 3, Avancées scientifiques (2024). DOI : 10.1126/sciadv.ado2136
Fourni par l’Université de Chicago
Citation: Des scientifiques pionniers dans la technique de visualisation des matériaux antiferroélectriques (26 juin 2024) récupéré le 26 juin 2024 sur
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