Observation des propriétés des matériaux atome par atome pour la première fois

Des chercheurs de l'Institut des sciences des matériaux de Barcelone (ICMAB-CSIC), en collaboration avec des institutions telles que l'Université de l'Académie chinoise des sciences, l'Université d'Uppsala, l'Université de Washington et le Laboratoire national du Pacifique Nord-Ouest, ont franchi une étape importante dans la science des matériaux. Pour la première fois, les scientifiques ont observé comment les électrons sont disposés dans les matériaux au niveau atomique, révélant leur organisation avec un détail sans précédent.

Cette découverte, publiée dans Nature Materials, introduit une nouvelle technique capable de cartographier la danse complexe des électrons dans les matériaux, offrant un aperçu des propriétés fondamentales telles que la conductivité et le magnétisme. La découverte découle d'un défi de longue date dans le domaine: comprendre comment les électrons se comportent à l'échelle atomique.

La nouvelle technique, cependant, permet aux chercheurs d'examiner les arrangements électroniques au niveau des atomes individuels, fournissant une vue granulaire auparavant jugée impossible. L'équipe de recherche s'est concentrée sur un matériau d'oxyde de manganèse en raison de ses propriétés électriques et magnétiques uniques. En appliquant une contrainte mécanique contrôlée, soit compression ou étirement, ils ont découvert que ces forces modifiaient considérablement la configuration électronique interne. La compression entraînait une redistribution distincte des électrons, tandis que la tension produisait un modèle différent.

Ces résultats soulignent l'importance de la dynamique électronique locale dans la détermination des propriétés macroscopiques des matériaux. Ce qui distingue cette technique est sa capacité à détecter et suivre ces changements microscopiques dans le même échantillon. Contrairement aux approches précédentes qui nécessitaient la moyenne des données sur de grands échantillons, cette méthode offre une analyse localisée, permettant une observation précise de la façon dont les configurations électroniques évoluent dans des conditions variables.

Cette approche imite le concept d'analyse d'un objet sous plusieurs angles pour en déduire sa structure interne, appliquée ici au domaine quantique des électrons. La polyvalence de la technique s'étend au-delà des oxydes de manganèse. Les chercheurs mettent en évidence ses applications potentielles dans l'étude d'un large éventail de matériaux, en particulier ceux avec des comportements électroniques complexes.

Selon Jaume Gàzquez, l'un des principaux chercheurs, l'innovation réside dans la capacité d'enquêter sur des régions spécifiques d'un matériau avec une résolution atomique. "Nous pouvons maintenant étudier ce qui se passe dans des régions très spécifiques d'un matériau, jusqu'au niveau des atomes individuels", explique-t-il.

À mesure que la technologie mûrit, elle promet d'accélérer les découvertes en physique fondamentale et en ingénierie pratique.