Discovery Could Help Lengthen Lifespan Of Electronic Devices: The Research Could Lead To Electronics Being Designed With Better Endurance

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Les images de microscopie électronique montrent la dégradation en action. CRÉDIT Université de Sydney

Résumé:
Les matériaux ferroélectriques sont utilisés dans de nombreux dispositifs, notamment les mémoires, les condensateurs, les actionneurs et les capteurs. Ces appareils sont couramment utilisés dans les instruments grand public et industriels, tels que les ordinateurs, les équipements médicaux à ultrasons et les sonars sous-marins.

La découverte pourrait aider à allonger la durée de vie des appareils électroniques: la recherche pourrait conduire à la conception de l'électronique avec une meilleure endurance

Sydney, Australie | Publié le 9 avril 2021

Au fil du temps, les matériaux ferroélectriques sont soumis à des charges mécaniques et électriques répétées, entraînant une diminution progressive de leur fonctionnalité, aboutissant finalement à une défaillance. Ce processus est appelé « fatigue ferroélectrique ».

Il s’agit de l’une des principales causes de panne de toute une série d’appareils électroniques, les appareils électroniques mis au rebut étant l’un des principaux contributeurs aux déchets électroniques. À l’échelle mondiale, des dizaines de millions de tonnes d’appareils électroniques défectueux finissent chaque année dans les décharges.

Grâce à la microscopie électronique in situ avancée, les chercheurs de l’École de génie aérospatial, mécanique et mécatronique ont pu observer la fatigue ferroélectrique au fur et à mesure qu’elle se produisait. Cette technique utilise un microscope avancé pour « voir », en temps réel, jusqu'aux niveaux nanométrique et atomique.

Les chercheurs espèrent que cette nouvelle observation, décrite dans un article publié dans Nature Communications, contribuera à mieux éclairer la conception future de nanodispositifs ferroélectriques.

"Notre découverte constitue une avancée scientifique importante car elle montre clairement comment le processus de dégradation ferroélectrique est présent à l'échelle nanométrique", a déclaré le co-auteur, le professeur Xiaozhou Liao, également du Nano Institute de l'Université de Sydney.

Le Dr Qianwei Huang, chercheur principal de l'étude, a déclaré : « Bien que l'on sache depuis longtemps que la fatigue ferroélectrique peut raccourcir la durée de vie des appareils électroniques, la manière dont elle se produit n'a pas encore été bien comprise, en raison du manque de technologie appropriée pour l'observer. »

Le co-auteur, le Dr Zibin Chen, a déclaré : « Grâce à cela, nous espérons mieux éclairer l’ingénierie d’appareils ayant une durée de vie plus longue. »

Les découvertes observationnelles suscitent un nouveau débat

Herbert Kroemer, lauréat du prix Nobel, a déclaré un jour : « L’interface est l’appareil ». Les observations des chercheurs de Sydney pourraient donc déclencher un nouveau débat sur la question de savoir si les interfaces – qui sont des frontières physiques séparant différentes régions des matériaux – sont une solution viable au manque de fiabilité des dispositifs de nouvelle génération.

« Notre découverte a indiqué que les interfaces pourraient en réalité accélérer la dégradation ferroélectrique. Par conséquent, une meilleure compréhension de ces processus est nécessaire pour obtenir les meilleures performances des appareils », a déclaré le Dr Chen.

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DIVULGATION:

La recherche a été soutenue par le Conseil australien de la recherche pour le projet Unraveling the structural origin of cyclic fatigue in ferroelectric materials. Il a été facilité par le Centre australien de microscopie et de microanalyse de l'Université de Sydney.

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