Les scientifiques révèlent une structure de surface particulière dans des matériaux ressemblant à des quasi-cristaux avec des implications intéressantes pour ses propriétés magnétiques – Technoguide

Entre les classes de chimie, les pierres précieuses et l’électronique, l’idée de cristaux, substances avec une disposition ordonnée et périodique des atomes est assez courante. Mais il y a environ 40 ans, une particule étrange a été découverte par des scientifiques qui n’est pas encore devenue banale dans notre monde: les quasi-cristaux. Ce sont des structures avec des arrangements atomiques curieux, qui, bien que superficiellement similaires aux cristaux, manquent de périodicité malgré leur ordre. En raison de leurs structures, les quasi-cristaux présentent des symétries interdites aux cristaux et sont dotés de propriétés intéressantes que les cristaux ne peuvent pas montrer, comme une résistance élevée au flux de chaleur, au flux de courant et à la corrosion.

Depuis leur découverte, les quasi-cristaux ont fait l’objet de recherches approfondies par les scientifiques des matériaux du monde entier. En raison de leur rareté, les scientifiques ont souvent eu recours à l’étude de modèles les imitant, appelés approximants. Récemment, dans une classe d’approximants à base d’or, appelés «approximants de type Tsai», la présence d’un ordre magnétique a été détectée dont le type peut être contrôlé par la composition des approximants – une possibilité intéressante pour les scientifiques des matériaux à explorer.

Dans ces approximants de complexité croissante, tels que celui composé d’or (Au), d’aluminium (Al) et de terbium (Tb), l’ordre magnétique s’est avéré être antiferromagnétique, où chaque ion dans le cristal agit comme un petit aimant avec son pôles opposés à ceux de ses voisins. Dans une nouvelle étude publiée dans Physical Review B, le professeur Ryuji Tamura de l’Université des sciences de Tokyo (TUS), Japon, avec ses collègues Sam Coates de TUS, et Hem Raj Sharma et Ronan McGrath de l’Université de Liverpool, ont exploré la structure atomique de la surface antiferromagnétique cet approximant de type Tsai. Le professeur Tamura, qui a dirigé l’étude, a déclaré: «Les approximants Tsai à base d’Au sont sous-étudiés par rapport à leurs homologues à base d’argent (Ag), en particulier dans le domaine de la science des surfaces. Comprendre les structures de ces matériaux de type Tsai permettent des interprétations en profondeur de leurs propriétés spécifiques, telles que les transitions magnétiques, les caractéristiques électroniques et la supraconductivité. ” Leur étude a donné des résultats inattendus.

Les éléments constitutifs des approximants de type Tsai sont des «clusters de type Tsai», des coques polyédriques dont le nombre de côtés dépend de la variante de l’approximant. Dans leur étude, l’équipe du professeur Tamura a choisi une variante 1/1 de l’approximant Au-Al-Tb dans laquelle une unité tétraédrique était enfermée dans un dodécaèdre, un icosaèdre, un icosidodécaèdre et un triacontaèdre rhombique. Les atomes Tb occupaient les sommets de l’icosaèdre tandis que les atomes Au / Al occupaient les sommets des coques restantes.

Les scientifiques ont examiné une surface spécifique d’un monocristal de 1/1 Au-Al-Tb à l’aide d’un microscope à effet tunnel (STM) et ont sauvegardé leurs observations avec des calculs de théorie fonctionnelle de densité (DFT).

Ils ont découvert que la surface avait une structure particulière en forme de terrasse en gradins avec les terrasses se terminant à des plans contenant des atomes de Tb et une hauteur de marche qui, fait intéressant, semblait minimiser le nombre d’icosaèdres incomplets. De plus, ils ont constaté que la structure de la terrasse dépendait du signe de la tension de polarisation appliquée à l’échantillon. Alors qu’ils étaient en biais positif, les atomes Tb présentaient un arrangement rhomboédrique ou hexagonal, un biais négatif révélait que les atomes Au / Al étaient disposés dans une structure linéaire en ligne, une sorte de commutation qui n’avait pas été observée auparavant dans un matériau de type Tsai. «Comme il s’agit du premier matériau de type Tsai à présenter un tel schéma, nous devons approfondir les recherches sur les types Tsai à base d’Au pour évaluer si la composition chimique a un rôle à jouer dans la structure de la surface», commente le professeur Tamura. Les observations concordaient avec les calculs DFT.

Alors que les quasi-cristaux ont trouvé plusieurs applications, allant des instruments chirurgicaux, des LED aux poêles à frire antiadhésives, ils sont loin d’être bien compris et les récentes découvertes dans les structures quasi-cristallines servent à faire allusion aux possibilités exotiques inexploitées qu’ils recèlent. «La structure unique de la surface de type Tsai suggère que les quasi-cristaux pourraient être utilisés comme modèle pour l’adsorption moléculaire dans la création de films minces semi-conducteurs organiques», explique le professeur Tamura. «Comprendre comment le changement de structure correspond au magnétisme peut ouvrir des portes à de nouvelles applications», ajoute-t-il.

Une chose est sûre: le quasi-cristal est un peu plus clair!

Source de l’histoire:

Matériel fourni par l’Université des sciences de Tokyo. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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