Caractéristiques physiques d'un matériau, telles que la résistance ou la conductivité, prédites par des modèles.Les propriétés des matériaux sont les caractéristiques physiques qui définissent le comportement d'une substance dans diverses conditions, telles que la résistance, la conductivité électrique, la conductivité thermique et l'élasticité. En physique et en ingénierie, ces propriétés ne sont pas seulement mesurées, mais aussi prédites à l'aide de modèles théoriques qui relient la structure à l'échelle atomique au comportement macroscopique. Ce pouvoir prédictif est crucial car il permet aux scientifiques de concevoir de nouveaux matériaux aux propriétés adaptées sans se fier uniquement à des expériences par essais et erreurs.
L'étude systématique des propriétés des matériaux remonte au XIXe siècle, mais les fondements modernes de la mécanique quantique ont été posés dans les années 1920-1930 avec le développement de la théorie des bandes et du modèle de l'électron quasi libre. Les premières prédictions computationnelles pratiques sont apparues dans les années 1960 avec l'avènement de la théorie de la fonctionnelle de la densité, développée par Walter Kohn et d'autres.
Les modèles des propriétés des matériaux partent généralement de la mécanique quantique, qui décrit comment les électrons et les noyaux interagissent. En résolvant des approximations de l'équation de Schrödinger (par exemple, la théorie de la fonctionnelle de la densité), les chercheurs peuvent calculer la structure électronique d'un matériau, à partir de laquelle des propriétés comme la conductivité ou la rigidité émergent. Pour des systèmes plus complexes, des méthodes d'apprentissage automatique peuvent être entraînées sur de grands ensembles de données de matériaux connus pour prédire les propriétés plus rapidement, en utilisant souvent des descripteurs tels que la composition atomique ou la structure cristalline comme entrées.
Utilisé de manière intensive en science des matériaux pour concevoir des alliages pour l'aérospatiale, des semi-conducteurs pour l'électronique et des matériaux de batterie pour le stockage d'énergie, ainsi que dans le contrôle qualité où des méthodes d'essais non destructifs déduisent les propriétés à partir de mesures comme la réponse thermique.
La conductivité thermique d'un matériau peut être prédite à partir de sa seule structure cristalline, avant même que le matériau ne soit synthétisé en laboratoire.
