Les pérovskites, matériaux dont la structure cristalline reflète celle du titanate de calcium minéral CaTiO₃, présentent des propriétés avantageuses pour le développement de diverses technologies. Par exemple, ils se sont révélés prometteurs pour la conception de systèmes photovoltaïques (PV) et d’appareils électroniques.
Les pérovskites sont également des matériaux idéaux pour explorer divers états quantiques, notamment l’ordre orbital, le magnétisme et la supraconductivité. De plus, les physiciens peuvent soigneusement concevoir ces matériaux pour débloquer diverses propriétés réglables, qui résultent généralement de subtiles déviations par rapport à la structure cubique de la pérovskite.
Prendre conscience de ces écarts et les contrôler pour atteindre des propriétés spécifiques peut s’avérer très difficile. Dans un article récent publié dans Physique naturelledes chercheurs de l’Institut Max Planck de recherche sur l’état solide ont présenté une stratégie prometteuse pour réaliser de subtils déplacements atomiques dans le vanadate pérovskite YVO3.
« L’objectif de notre récente étude était d’acquérir une compréhension fondamentale de la manière dont les propriétés fonctionnelles d’un matériau cristallin changent lorsqu’il est développé sous forme de film mince de manière orientée sur différentes facettes d’un autre cristal, tout en contrôlant des paramètres tels que le réseau et la polarité. Le décalage avec le film reste presque inchangé », a déclaré Eva Benckiser, auteur principal du journal, à Phys.org.
Pour imprimer directionnellement de légers déplacements atomiques dans l’isolant antiferromagnétique Mott YVO3, les chercheurs ont déposé des films épitaxiaux sur différentes facettes du même substrat. Ils ont notamment observé que les films de vanadate sur différentes facettes du substrat présentaient des modèles d’ordre spin-orbital distincts.
« Dans les matériaux présentant de fortes corrélations électron-électron, tels que le vanadate de pérovskite YVO3, les propriétés physiques sont très sensibles aux plus petits changements structurels, tels que ceux qui se produisent aux interfaces lorsque des matériaux présentant des réseaux cristallins différents se développent ensemble », a expliqué Benckiser.
« Dans le présent travail, nous avons utilisé deux coupes d’un matériau de substrat orthorhombique, YAlO3, dont les facettes sont indiscernables dans le système de référence cubique et présentent un décalage de réseau très similaire avec YVO3. »
L’étude récente de Benckiser et de ses collègues démontre que les facettes du substrat pourraient être exploitées pour adapter soigneusement le comportement spin-orbital des pérovskites. Les premières expériences mettent en évidence la promesse de l’approche proposée, qui pourrait éventuellement être utilisée pour concevoir de nouveaux matériaux pour diverses technologies.
« Nos expériences de diffusion de la lumière montrent que les modèles d’ordre magnétique sont différents selon la facette du substrat et que cela est dû à la différence subtile dans les déplacements atomiques imprimés à l’interface substrat-film », a déclaré Benckiser. « Cet effet fondamental peut être utilisé pour stabiliser les phases souhaitées dans divers matériaux pérovskites fonctionnels, par exemple pour créer de nouveaux matériaux spintroniques. »
Les chercheurs espèrent que leurs travaux récents contribueront à l’ingénierie précise des matériaux quantiques, offrant ainsi aux physiciens une voie alternative pour manipuler leurs propriétés. En attendant, ils prévoient de continuer à développer l’approche qu’ils ont conçue tout en explorant dans quelle mesure les modèles de déplacement imprimés affectent les propriétés d’autres pérovskites.
« À l’avenir, nous prévoyons d’étudier plus en détail l’échelle de longueur des déplacements orthorhombiques imprimés et d’explorer l’influence de différentes facettes dans d’autres films minces de pérovskite fonctionnels », a ajouté Benckiser.
Plus d’informations :
Padma Radhakrishnan et al, Les déplacements atomiques imprimés déterminent l’ordre spin-orbital dans une pérovskite vanadate, Physique naturelle (2024). DOI : 10.1038/s41567-024-02686-8.
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