Explorant les frontières de la science des matériaux, le projet de recherche TOPTOP que Fernando Gómez Ortiz mène à l’Université de Liège, vise à révolutionner notre compréhension des topologies polaires, ouvrant la voie à des applications technologiques innovantes en nanoélectronique.
C
es dernières années, les scientifiques ont découvert un monde nouveau au sein des nanostructures d’oxydes, révélant des textures polaires topologiques exotiques telles que les vortex, skyrmions, mérons et hopfions. Ces états uniques possèdent des propriétés remarquables, comme la capacitance négative, la chiralité et des réponses dynamiques ultra-rapides, qui pourraient transformer diverses technologies. Notamment, du fait de leur caractère métastable, ces textures polaires sont non volatiles, ce qui signifie qu’elles peuvent potentiellement servir d’éléments multi-poids dans des synapses neuromorphiques artificielles, imitant ainsi le fonctionnement du cerveau humain.
Docteur en sciences, Fernando Gómez Ortiz, a rejoint l'Université de Liège en tant que chargé de recherches F.R.S.-FNRS et MSCA-PF pour développer son projet TOPTOP (Tailoring of Polar Topologies with Optical Pulses - Adaptation des topologies polaires à l'aide d'impulsions optiques) et poursuivre ses recherches avancées en chimie théorique et en modélisation computationnelle. Financé par le Fonds National de la Recherche Scientifique de Belgique et l'Union Européenne à travers le programme Horizon Europe MSCA Personnal Fellowship, sa recherche consiste à créer des simulations à l’échelle atomique pour comprendre et contrôler comment les phases topologiques des matériaux réagissent aux impulsions électriques. Ces simulations capturent tous les degrés de liberté structurels afin d’ajuster de manière déterministe l’ordre polaire de ces matériaux, offrant ainsi une approche complète et quantique de la problématique.
« Un des objectifs de ma recherche est de parvenir à un contrôle précis et déterministe de ces textures grâce à des impulsions électromagnétiques spécialement conçues, explique le chercheur. Imaginez manipuler les propriétés des matériaux de la même manière que les micro-ondes chauffent les particules alimentaires : c’est ce type d’interaction sélective que nous visons, mais à une échelle infiniment plus petite. »
Ces recherches, il les développe au sein du laboratoire Q-Mat dirigé par le Pr Philppe Ghosez, expert en analyse des phonons. De plus, des collaborations essentielles avec des équipes expérimentales de l’University College London (UCL) et de l’Université de Genève (UNIGE) viseront à valider les modèles théoriques et à accroître le niveau de maturité technologique du projet, le rapprochant ainsi de potentielles applications concrètes.
Révolutionner la nanoélectronique
Le contrôle de l’ordre polaire pourrait transformer les fonctionnalités des matériaux, permettant la conception de dispositifs nanoélectroniques de nouvelle génération, plus efficaces. "Ce travail s’inscrit dans les tendances actuelles de la science des matériaux, qui privilégient non seulement la découverte de propriétés matérielles uniques, mais aussi la capacité à exploiter et contrôler ces propriétés pour des applications pratiques." Ces recherches pourraient permettre une manipulation contrôlée des topologies polaires, ouvrant la voie à des applications inédites dans le domaine du calcul neuromorphique et au-delà.
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Ce Prix, d’un montant de 1.500 euros, récompensera un·e chercheur·euse dont l'ancienneté doctorale est inférieure à 3 ans au 1er janvier 2025, qui se sera distingué·e par la publication d’un mémoire original (master ou doctorat) réalisé à l’ULiège.
