Les scientifiques n’avaient encore jamais un tel matériau avec des capacités d’apprentissage !

Un matériau capable de mémoriser les stimulations extérieures qu'il a subies et de s'y adapter, tout comme notre cerveau : difficile d'imaginer que ce type de matériau existe, et pourtant, le dioxyde de vanadium (VO2) en est le tout premier représentant ! Cet oxyde métallique semi-conducteur était déjà connu pour posséder une transition isolant-métal, le rendant parfait pour des utilisations dans le domaine de l'électronique, ou même d'autres, plus étonnants, comme les fenêtres intelligentes ! Mais des chercheurs ont découvert d'autres propriétés surprenantes, décrites dans une étude publiée dans Nature.

À l'origine, le dioxyde de vanadium possède une transition abrupte d'isolant à conducteur à 68 °C : un mélange entre une transition de Mott et une transition de Peierls. Lorsque la température est inférieure à 68 °C, les électrons du VO2 sont comme « accrochés » aux atomes, à cause de la répulsion coulombienne entre deux sites atomiques. Mais l'énergie apportée par l'échauffement du matériau permet aux électrons de quitter leur site et de se déplacer dans le VO2.

La transition de Peierls, quant à elle, concerne la structure du réseau cristallin. Ce dernier est distordu en dessous de la température de transition, créant un gap d'énergie entre la bande de conduction et la bande de valence : les électrons ne sont pas libres de se déplacer dans le matériau. Mais lorsque la température augmente, la distorsion disparait, permettant aux électrons de quitter leurs sites atomiques.

Structure cristalline du dioxyde de vanadium. © Benjah-bmm27, Wikimedia Commons
Structure cristalline du dioxyde de vanadium. © Benjah-bmm27, Wikimedia Commons

Une découverte par hasard

Déjà étonnant pour cette transition isolant-métal, le dioxyde de vanadium fait l'objet de nombreuses études, afin de déterminer dans quels domaines il pourrait être utilisé. C'est ce qu'a fait Mohammad Samizadeh Nikoo, doctorant à l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL). Il avait pour but initial l'étude de sa mémoire dite « volatile », c'est-à-dire que « le matériau revient à l'état...

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