Une nouvelle recherche de l’Université de Birmingham montre que la framework électronique des métaux peut fortement affecter leurs propriétés mécaniques.
La recherche, publiée aujourd’hui (26 octobre) dans la revue Science, démontre expérimentalement, pour la première fois, que les propriétés électroniques et mécaniques d’un métal sont liées. On pensait auparavant qu’il y aurait une connexion, mais on pensait qu’elle serait trop petite pour être détectée dans une expérience.
Le Dr Clifford Hicks, lecteur en physique de la matière condensée, qui a travaillé sur l’étude, a déclaré : « Les propriétés mécaniques sont généralement décrites en termes de liaison entre les atomes, tandis que les propriétés électroniques des métaux sont décrites par des états qui s’étendent à travers de nombreux atomes. Le réseau atomique ( le terme utilisé pour décrire la disposition des atomes) d’un métal et ses propriétés mécaniques sont généralement considérées comme n’étant pas affectées par les états électroniques occupés et ceux qui sont vides, mais dans ce travail, nous montrons que ce n’est pas toujours une bonne hypothèse « .
Les chercheurs de l’Université de Birmingham et de l’Institut Max Planck de physique chimique des solides (à Dresde, en Allemagne) ont mené des expériences sur le ruthénate de strontium, un métal supraconducteur (Sr2RuO4). En mesurant la distorsion du réseau en fonction de la contrainte appliquée, l’équipe a découvert que lorsque Sr2RuO4 est comprimé d’environ, 5%, une mesure de rigidité mécanique connue sous le nom de module d’Young diminue d’environ 10%, puis augmente d’environ 20% lorsque le matériau est davantage compressé. Ce changement correspond à l’occupation d’un nouvel ensemble d’états électroniques, à une transition qui avait été identifiée précédemment grâce à des mesures électroniques mais non mécaniques.
Le Dr Hicks poursuit : « Bien qu’il soit tout à fait normal de mesurer les relations contrainte-déformation en génie mécanique, cela n’a pas été fait pour étudier les propriétés électroniques. En effet, les métaux qui ont des propriétés électroniques intéressantes ont tendance à être fragiles, ce qui les rend fragiles. Il est difficile d’appliquer des forces importantes. De moreover, de grandes déformations sont généralement nécessaires pour modifier de manière significative les propriétés électroniques. Dans cette expérience, des échantillons de Sr2RuO4 ont été comprimés jusqu’à 1 %. Pour visualiser cela, imaginez que vous prenez un mètre en granit et que vous le pressez jusqu’à ce que il mesure 99 cm de extended. »
Pour surmonter ces obstacles, les scientifiques ont dû construire de nouveaux instruments capables de mesurer des échantillons petits et délicats et de gérer des températures cryogéniques, automobile les mesures électroniques sont as well as précises à des températures as well as basses. Cela a nécessité cinq années de planification et de conception.
Cette recherche, financée par la Fondation allemande pour la recherche (Deutsche ) et la Société Max Planck, est la première du style.
Maintenant que cette expérience est terminée sur un matériau, les scientifiques souhaitent effectuer des mesures similaires sur d’autres métaux. Une variation de la equipment développée pour ce projet est fabriquée par une société d’ingénierie basée au Royaume-Uni et, à mesure que l’appareil sera développé, il pourrait trouver une software dans l’étude des alliages à haute résistance. Ce projet fournit un exemple de la manière dont la recherche fondamentale motivée par la curiosité peut conduire à de nouvelles systems ayant des apps pratiques.
