Oubliez votre optique microscopique qui grossit x50. Des chercheurs de l’université de Cornell aux États-Unis ont pris une photographie d’un cristal en grossissant 100 millions de fois sa structure, nous informe un article de Scientific American.
Vieille théorie, application récente
Grâce à un procédé appelé ptychographie, ils ont pu observer l’agencement des atomes sur plusieurs couches, une prouesse technique jamais atteinte jusqu’à présent.
La ptychographie est une méthode d’imagerie basée non pas sur le déplacement de photons, comme la photographie, mais sur le déplacement des électrons.
Plus précisément, il s’agit d’envoyer des électrons sur le matériau à analyser. Et par le biais de capteurs et de méthodes de calculs complexes, de déterminer le trajet de ces électrons pour reconstituer la structure interne du matériau.
Théorisée dans les années 60, ce n’est que 35 ans plus tard que la ptychographie a été mise en service. Et il a fallu attendre des améliorations des détecteurs d’électrons, ainsi que l’explosion de la puissance de calculs de l’informatique et la progression des algorithmes pour qu’elle s’impose face aux autres méthodes d’imagerie.
En permettant d’observer la structure des matériaux sur une certaine épaisseur (actuellement, de 30 nm à 50 nm), la ptychographie renseigne sur les propriétés des matériaux.
Couplée à la recherche en matière d’informatique quantique, dont un des débouchés possibles est la découverte de nouveau matériaux, elle permettra dans le futur de vérifier les propriétés réelles de ces matériaux. De quoi accélérer notablement des révolutions technologiques, aussi bien en matière de batteries que de processeurs.
La puissance des puces au service la ptychographie, et inversement
Nous l’avons dit plus haut, c’est notamment la hausse de la puissance des puces qui a permis à la ptychographie de décoller. Pourquoi ? Simplement parce que la capture des électrons en sortie ne suffit pas à « photographier » la matière.
Ces charges négatives pouvant rebondir dans tous les sens, il faut déterminer leur trajet sans l’avoir observé directement. Cela demande énormément de puissance de calcul. Une puissance qui est désormais disponible dans les puces les plus haut de gamme.
Le cercle vertueux de la chose est que, en retour, la ptychographie pourrait nous permettre de créer de nouvelles puces, encore plus puissantes. Le substrat de silicium a en effet des limites qui nous sont connues, et il va nous falloir changer de paradigme pour continuer d’améliorer la puissance des puces dans le futur.
En fournissant des informations très précises sur la structure 3D réelles et le comportement des matériaux, la ptychographie pourrait nous aider à déterminer quels seront les successeurs du silicium.
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Autre cas d’usage évoqué dans l’article de Scientific American, les batteries. Là encore, la nature et le comportement des matériaux sont clés, autant dans la partie stockage à proprement parlé, que dans les interfaces (anodes, cathodes, etc.).
Qu’ils soient déjà connus ou à découvrir, les matériaux des futures batteries devront être plus sûrs, permettre une recharge plus rapide et améliorer le stockage de l’énergie. Une imagerie précise, comme la ptychographie, pourrait nous permettre d’aller plus vite dans l’identification des bonnes combinaisons d’atomes.
Et ce n’est là que la partie émergée de l’iceberg. Car selon un scientifique qui commente la nouvelle pour le Scientific American, nous pourrions « être surpris par les autres problèmes (que ce type d’imagerie, ndr) peut résoudre ».
Sources : Cornell University via Scientific American
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