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Quand le big data permet de découvrir les propriétés inconnues de nanomatériaux

Posté le par Arnaud Moign dans Matériaux, Biotech & chimie

Vous pensiez que toutes les propriétés du nickel étaient connues depuis longtemps ? En mêlant science des matériaux, big data et recherche fondamentale, une équipe de chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) vient de prouver le contraire.

Sous forme de nanofils monocristallins, le nickel se comporterait comme un matériau à magnétostriction géante. Un tel matériau pourrait servir dans la fabrication de biocapteurs ou d’ordinateurs quantiques.

La magnétostriction

La magnétostriction est une propriété que possèdent certains matériaux ferromagnétiques. Ce terme désigne aussi bien la capacité des matériaux à se déformer sous l’influence d’un champ magnétique que l’inverse : la production d’un champ magnétique sous l’effet de contraintes mécaniques.

Les matériaux magnétostrictifs connus sont généralement séparés en 2 groupes : d’un côté les métaux (Fe, Co, Ni) et alliages, de l’autre les composés de terres rares. Si le nickel est le premier matériau étudié dans les années 60, les propriétés magnétostrictives qui lui sont normalement attribuées sont en revanche assez médiocres.

Comment caractériser la magnétostriction des nanomatériaux ?

Ces nouveaux travaux démontrent que sous forme nanométrique, les monocristaux de nickel se comportent comme des matériaux à magnétostriction géante. Quelles sont les raisons d’une découverte si tardive ? Jusqu’à récemment, on ne savait pas caractériser de manière satisfaisante l’effet magnétostrictif des nanomatériaux. En effet, les techniques d’observation non destructives telles que le MEB et l’AFM ne conviennent pas, car elles donnent une information en surface. Le MET ? Cette technique permet de caractériser la structure cristallographique, mais présente l’inconvénient d’être destructive.

En revanche, le BCDI (Bragg Coherence Diffraction Imaging) est une méthode de caractérisation récente qui utilise des algorithmes de reconstruction pour obtenir des images 3D à partir d’un synchrotron. Elle permet de visualiser les champs de contraintes dans des cristaux dont la taille est inférieure à la longueur de cohérence (ce qui est le cas des nanomatériaux) et avec une résolution spatiale de taille nanométrique.

Transformer les données de microscopie en images 3D grâce au big data

Avec l’aide du big data, le BCDI permet aux chercheurs d’obtenir plus d’informations sur les matériaux étudiés. D’ailleurs, le nickel n’est qu’un exemple, ce qui est intéressant ici, c’est la méthode employée. Ainsi, selon le professeur associé Edwin Fohtung, qui a dirigé cette étude au RPI, cette nouvelle approche pourrait ouvrir le champ à de nouvelles découvertes concernant tout un panel de matériaux solides. Par ailleurs, cette technique non destructive permettrait également de mieux comprendre les tissus et cellules vivantes en les observant dans leur état naturel.

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