Les matériaux multiferroïques peuvent présenter deux propriétés couplées parmi le magnétisme, la ferroélectricité et la ferroélasticité. Une configuration avantageuse qui permet de « piloter » une de ces propriétés en jouant sur l’autre. L’oxyde de fer  LuFe₂O_4+x, structuré en empilement de couches LuO₂ et Fe₂O₄, est l’un de ces matériaux. Les chercheurs ont entrepris une étude méticuleuse de cet oxyde dont les propriétés donnaient lieu à des évaluations divergentes. Ils se sont également intéressés à l’insertion d’oxygène, envisageable dans de tels oxydes complexes.

Ils ont montré qu’il est possible de faire varier le taux d’oxygène de manière importante et contrôlée, depuis celui de LuFe₂O₄ jusqu’à celui de LuFe₂O_4,5. Cette dernière structure se déduit de la première par de simples glissements, couche par couche, des plans LuO₂ et Fe₂O₄. Elle reste stable jusqu’à 700°C. L’opération inverse peut être réalisée facilement par recuit. Les capacités de stockage et de restitution de l’oxygène ont été démontrées sans dégradation sur cinq cycles consécutifs. Ces performances permettent d’envisager l’utilisation de ce matériau dans des capteurs d’oxygène, des piles à combustible à oxydes solides (SOFC) ou des catalyseurs pour la dégradation d’alcanes et de polluants.

Ces travaux résultent  d’une collaboration de chercheurs issus des laboratoires Crismat à Caen, du LLB et du synchrotron Soleil sur le plateau de Saclay et de l’Institut Gerhardt de Montpellier.