Tout ce qui existe dans le monde numérique :photos, tweets, cours en ligne, cet article est stocké sous forme de 1 et de 0. Au niveau logiciel, ces informations sont écrites sous forme de code informatique. Au niveau matériel, ce code prend vie grâce à des milliards de transistors qui s'allument (1) et s'éteignent (0).

Les transistors sont présents dans tout, des ordinateurs et des smartphones aux lecteurs MP3 et aux appareils photo numériques. Mais la puissance et l'efficacité des transistors sont limitées par les matériaux disponibles pour les construire.

Maintenant, des chercheurs de l'Université Northeastern ont fait une découverte qui ouvre un tout nouveau domaine en explorant les matériaux pour les transistors, photodétecteurs, électronique souple, et d'autres applications.

L'ouvrage—publié récemment dans la revue Avancées scientifiques —implique des cristaux 2-D, qui sont des matériaux ultra-minces de seulement quelques atomes de haut. La combinaison de deux cristaux 2-D forme une hétérostructure. Jusqu'à maintenant, les physiciens pensaient que les cristaux 2D devaient être très similaires, avec tous les atomes pour s'aligner parfaitement, pour former une nouvelle hétérostructure.

"Mais la nature vous lance toujours une balle courbe, " dit Arun Bansil, University Distinguished Professor of Physics et l'un des auteurs de l'article.

Le professeur agrégé Swastik Kar a co-écrit l'article avec Bansil et d'autres collègues de Northeastern. Ils ont observé pour la première fois que deux cristaux 2-D complètement dissemblables peuvent être disposés l'un au-dessus de l'autre, atome par atome, de telle sorte qu'ils s'emboîtent presque parfaitement et produisent des propriétés complètement nouvelles.

"Ce serait comme faire un club sandwich, " Kar a dit. "Vous pouvez avoir quelque chose qui a le goût du pain et quelque chose qui a le goût de la viande."

Mais la clé, Bansil explique, n'est pas seulement d'assembler un sandwich où vous pourrez déguster chaque couche séparément. "Vous voulez faire de la cuisine pour pouvoir obtenir de nouvelles saveurs."

Dans le monde de la physique de la matière condensée, découvrir que deux cristaux 2D très différents peuvent former une hétérostructure, c'est comme combiner pour la première fois de l'eau et de la farine et créer une pâte. Il laisse place à des possibilités pratiquement illimitées pour de nouveaux matériaux 2D.

Quand la nature s'auto-corrige, ' la découverte se produit

La découverte s'est produite lors d'une expérience où deux cristaux 2D dissemblables ont été synthétisés pour s'empiler l'un sur l'autre. Au lieu de rester assis là, incapables d'interagir en raison du peu de points communs, les cristaux ont fait quelque chose d'inattendu.

"Ils ont juste tourné l'un par rapport à l'autre, " a déclaré Bansil. Il a démontré en plaçant une main sur l'autre et en se tordant dans des directions opposées.

Les chercheurs ont découvert qu'au lieu de croître au hasard, ces cristaux tournent pour former des configurations stables et alignées, permettant à de nouveaux cristaux de se former.

Cette découverte est un exemple de la capacité de la nature à « corriger automatiquement, " observé ici à l'échelle nanométrique. Ce réalignement automatique a permis aux deux matériaux de s'entrechoquer :leurs électrons ont commencé à se parler et à montrer de nouveaux comportements.

Les chercheurs ont expérimenté en modifiant davantage l'alignement des deux couches. Ils ont découvert qu'à chaque modification, l'hétérostructure a produit de nouvelles propriétés.

"Imaginez si vous aviez du gâteau, et puis tu l'as tordu et c'est devenu un biscuit, et tu le tords encore et ça devient autre chose, " dit Kar. " D'un point de vue matériel, c'est à quel point c'est excitant."

Le laboratoire de Kar est responsable de la synthèse et de la caractérisation de ces matériaux. Le groupe de Bansil se concentre sur la théorie quantique computationnelle. La recherche dans le domaine des matériaux est considérée comme forte lorsque théorie et expérimentation vont de pair, l'un renforçant l'autre et vice versa. Et c'est exactement ce qui s'est passé pour Kar et Bansil dans cette affaire.

"Ce que nous avons découvert, c'est que beaucoup de nouveaux comportements dans notre système peuvent être compris très clairement lorsque nous examinons la théorie qui ressort des calculs de la mécanique quantique, " dit Kar.

Cette recherche pourrait conduire à de nouveaux matériaux qui changeront la façon dont les ordinateurs stockent les 1 et les 0 du monde numérique. Étant donné que l'hétérostructure créée par Kar et ses collègues peut être modifiée de nombreuses manières au niveau atomique, il y a un grand potentiel pour l'écriture, en train de lire, effacement, et autrement manipuler des informations. En d'autres termes, il permet aux chercheurs de modifier le comportement des ingrédients une fois que le gâteau a déjà été cuit.

"Ce degré de contrôle est très excitant, " Kar a dit. "C'est comme le Food Network à l'intérieur des matériaux 2-D."