Les neutrons clarifient les matériaux magnétiques complexes

Tout le monde attend le prochain grand saut technologique. À mesure que les appareils gagnent en complexité, les limites des matériaux et du matériel sont repoussées vers leurs limites énergétiques et physiques. Les chercheurs en matériaux du monde entier redessinent et peaufinent le matériel pour en étendre les capacités, mais avant longtemps, ces obstacles seront inévitables.

Image : Structure spinelle d'un oxyde à haute entropie.

Articles de recherche | De l'Institut canadien de diffusion des neutrons (ICDN) | Publié à l'origine le 13 janvier 2021

Une révolution technologique exige un matériel révolutionnaire, et une nouvelle classe de matériaux appelés oxydes à haute entropie (HEO) pourrait avoir les propriétés électromagnétiques exotiques nécessaires pour revigorer le domaine.

Graham Johnstone, Institut Stewart Blusson de la matière quantique, Université de la Colombie-Britannique

Les HEO sont des matériaux cristallins contenant de l'oxygène ordonné et un mélange d'ions métalliques positionnés de manière aléatoire. Ces matériaux uniques possèdent un désordre chimique intrinsèque, ce qui leur confère des propriétés fascinantes permettant de développer des technologies allant des batteries réversibles aux composants multiferroïques pour rendre les appareils plus efficaces.

Graham Johnstone, étudiant diplômé du Dr Alannah Hallas au Stewart Blusson Quantum Matter Institute de l'université de Colombie-Britannique, étudie les HEO afin de définir les relations entre le magnétisme et le désordre chimique.

Graham utilise une structure spinelle HEO de composition (CrMnFeCoNi₎_3O4 pour approfondir ces comportements magnétiques complexes. En vrac, ce matériau HEO conserve remarquablement ses propriétés ferrimagnétiques au-dessus de la température ambiante. La théorie prévoit que les cristaux intrinsèquement désordonnés qui sont dopés avec des métaux non magnétiques présentent une diminution du magnétisme ; cependant, les HEO se sont avérés être une exception à la règle.

"Les matériaux d'oxyde à haute entropie nous offrent une source de combinaisons élémentaires grâce auxquelles nous pouvons explorer la relation entre le magnétisme et le désordre chimique intense.
- Graham Johnstone, Institut Stewart Blusson de la matière quantique, Université de la Colombie-Britannique"

Pour mieux définir les origines de ce paradoxe magnétique, Graham utilisera la diffraction des neutrons pour sonder les propriétés magnétiques des différents sites cristallographiques de la structure spinelle HEO. Les neutrons ne sont pas chargés et possèdent la propriété de spin, ce qui en fait un outil essentiel pour sonder l'arrangement des moments magnétiques à l'intérieur des matériaux à l'échelle du sous-réseau, ce qui n'est pas possible avec d'autres techniques.

En plus de faire la lumière sur la nature du magnétisme des HEO, les neutrons aideront également Graham à distinguer la cause des changements thermiques dans la susceptibilité magnétique afin d'expliquer davantage les propriétés magnétiques complexes et remarquables des HEO.

Cet article de recherche a été republié avec l’autorisation de l’Institut canadien de diffusion des neutrons.