Une fine pellicule qui commute la chaleur express
Une fine pellicule d'oxyde de nickel, épaisse de quelques dizaines de nanomètres, est comme une feuille de papier pliée des centaines de fois. À température ambiante, elle conduit l'électricité, mais il suffit de la refroidir légèrement pour qu'elle devienne isolante. Cette transition métal-isolant est connue depuis longtemps, mais le comportement de la chaleur lors de cette transition restait une énigme.
Les méthodes conventionnelles ne pouvaient pas mesurer la conductivité thermique d'une pellicule aussi fine : le substrat apportait une contribution trop importante. Les auteurs ont utilisé la spectroscopie thermoréflectante en domaine fréquentiel (FDTR) : un laser chauffe la surface, et la lumière réfléchie indique la rapidité avec laquelle la chaleur s'enfonce en profondeur. Ainsi, ils ont pu observer que lors de la transition métal-isolant, la conductivité thermique à travers la pellicule change brusquement et presque sans hystérésis.
La différence de comportement entre la direction longitudinale et transversale est liée aux nanodomaines – des régions où les phases métallique et isolante coexistent. Lorsque l'épaisseur de la pellicule se rapproche de la taille du domaine, la percolation le long de la couche est entravée, mais pas à travers. C'est comme une foule essayant de passer par un couloir étroit : le mouvement le long du couloir est bloqué, mais à travers, il est libre.
L'épaisseur de la pellicule de NdNiO₃ dans l'expérience était d'environ 30 nanomètres – soit mille fois plus fine qu'un cheveu humain.