Des chercheurs de l’Université de Liverpool, de l’Université de Bristol, de l’University College London (UCL) et de Diamond Light Source ont développé une nouvelle compréhension de l’oxyde de gallium en combinant une approche théorique d’apprentissage automatique avec des résultats expérimentaux.
Dans un article publié dans la revue Matériaux avancésles chercheurs ont utilisé une combinaison d’approches théoriques et de techniques d’apprentissage automatique pour identifier les principales caractéristiques de l’oxyde de gallium, un matériau qui a des applications prometteuses dans l’électronique de puissance et les photodétecteurs solaires.
L’oxyde de gallium présente un défi particulier à travers la synthèse, la caractérisation et la théorie en raison de son désordre inhérent et de la relation complexe structure-structure électronique qui en résulte.
Il a cinq phases ou structures cristallines différentes, appelées alpha, bêta, gamma, delta et epsilon. La phase gamma a été suspectée pour la première fois en 1939, mais elle est restée largement insaisissable jusqu’en 2013, date à laquelle plus de détails sur sa structure ont été trouvés à l’aide de la diffraction des neutrons. Il a quatre sites de réseau de gallium non équivalents qui sont partiellement occupés dans une structure intrinsèquement désordonnée, de sorte qu’en dépit de sa symétrie cubique trompeusement simple, il est en fait extrêmement complexe. Le nombre énorme de structures cristallines possibles rend impossibles les approches théoriques conventionnelles.
L’auteur principal de l’étude, le Dr Laura Ratcliff du Centre de chimie computationnelle de l’Université de Bristol, a déclaré : « Pour relever le défi du développement d’un modèle atomistique robuste, les calculs de premiers principes sont combinés à l’apprentissage automatique pour cribler près d’un million de structures possibles dans 160 -cellules atomiques. Les configurations à faible énergie prédites fournissent une bonne description des données expérimentales, tandis que des écarts clairs sont trouvés pour les configurations à énergie plus élevée, confirmant qu’il ne s’agit pas d’une description réaliste du désordre dans l’oxyde de gamma-gallium.
Le Dr Anna Regoutz du Département de chimie de l’UCL a déclaré : « Nos données provenant de la Diamond Light Source et de collaborateurs du monde entier ont été cruciales pour valider les découvertes théoriques. »
Tim Veal, professeur de physique des matériaux à l’Université de Liverpool, a déclaré : « Cette compréhension détaillée de l’influence du désordre structurel sur la structure électronique de l’oxyde de gamma-gallium est cruciale pour fournir une base de connaissances solide sur ce matériau et d’autres matériaux désordonnés. permet de poursuivre l’optimisation et la mise en œuvre dans différentes applications de ce matériau et des matériaux connexes. »
Dre Leanne Jones, titulaire d’un doctorat. étudiant du département de physique de l’Université de Liverpool et de l’Institut Stephenson pour les énergies renouvelables qui a travaillé sur l’étude, a déclaré: « Cette recherche comble une lacune dans notre compréhension de ce matériau et aidera l’oxyde de gamma-gallium à atteindre son potentiel dans les applications. »
Laura E. Ratcliff et al, Tackling Disorder in γ‐Ga 2 O 3, Matériaux avancés (2022). DOI : 10.1002/adma.202204217