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Le couplage d’effets magnétique, électrique et mécanique au sein d’un même matériau, constitue une spécificité que seuls de rares composés dits « multiferroïques » présentent. Au sein de l’un de ces composés, les chercheurs du CEA Iramis (1) ont observé et expliqué un effet photostrictif, c’est-à-dire une distorsion sous l’effet de la lumière : une propriété supplémentaire pour ces matériaux, qui donne des idées pour les capteurs du futur. Ces travaux font l’objet d’une publication dans Nature Materials du mois d’octobre.
Les composés multiferroïques sont des matériaux multifonctionnels : ils présentent la particularité d’entraîner, sous l'action d'un signal externe d'une nature donnée (éclairement, contrainte, champ magnétique ou électrique externe), la modification d’une autre propriété du matériau (aimantation, polarisation électrique, déformation…) . Ces composés offrent notamment la possibilité de contrôler une aimantation par un champ électrique ; un effet magnétoélectrique longtemps cantonné à certains matériaux exotiques réagissant à très basses températures.
Depuis le début des années 2000, les chercheurs étudient cet effet au sein d’un oxyde, la ferrite de bismuth BiFeO3 , un matériau antiferromagnétique (2) et ferroélectrique (3) à température ambiante. Ils voient son utilité dans les mémoires d’ordinateurs, afin de réduire les tailles des éléments mémoire, et de diminuer les pertes d'énergie lors de l’écriture, et l'échauffement qui en découle.
En plus du couplage entre polarisation électrique, magnétisme et distorsion du réseau cristallin (déformation du matériau), l'oxyde BiFeO3 présente un couplage entre éclairement et déformation : c’est ce que viennent de démontrer les chercheurs du CEA Iramis. BiFeO3 est photovoltaïque, c'est-à-dire que la lumière est à même de générer des charges électriques au sein du matériau. En éclairant un cristal de BiFeO3 par un laser, ou même par de la lumière dans le spectre visible, les chercheurs ont observé qu’il se dilate légèrement. Cette propriété appelée « photostriction » est expliquée par la combinaison des effets photovoltaïque (la lumière génère un champ électrique interne) et piézoélectrique (le champ électrique distord le matériau).
Ainsi, l'oxyde BiFeO3 offre la possibilité de coupler polarisation électrique, distorsion, magnétisme et lumière, et ce jusqu'à des températures de plusieurs centaines de degrés . Cette particularité offre un extraordinaire potentiel d’applications pour des capteurs qui répondraient, en fonction du besoin, à un signal lumineux, électrique, magnétique ou mécanique.
Référence : Light-induced size changes in BiFeO3 crystals, B. Kundys, M. Viret, D. Colson and D.O.Kundys, http://www.nature.com/nmat/journal/v9/n10/full/nmat2807.html
(1) CEA Iramis : Institut Rayonnement Matière de Saclay.
(2) L’antiferromagnétisme est un ordre magnétique dans lequel la moitié des atomes a un moment magnétique opposé à l’autre moitié (cela ne signifie pas que le matériau n’est pas magnétique).
(3) Propriété d’un matériau qui présente spontanément une polarisation électrique.
http://www.cea.fr/le_cea/actualites/materiaux_composes_multifonctionnels-39270
Dim 3 Oct - 6:45