L'électronique règne sur notre monde, mais les électrons gouvernent notre électronique. Une équipe de recherche de l'Ohio State University a découvert un moyen de simplifier la façon dont les appareils électroniques utilisent ces électrons, en utilisant un matériau qui peut jouer un double rôle dans l'électronique, où historiquement plusieurs matériaux ont été nécessaires.

L'équipe a publié ses conclusions le 18 mars dans la revue Matériaux naturels .

"Nous avons essentiellement trouvé un matériau à double personnalité, " dit Joseph Heremans, co-auteur de l'étude, professeur de génie mécanique et aérospatial et Ohio Eminent Scholar en nanotechnologie à l'Ohio State. "C'est un concept qui n'existait pas avant."

Leurs découvertes pourraient signifier une refonte de la façon dont les ingénieurs créent tous les types d'appareils électroniques. Cela inclut tout, des cellules solaires, aux diodes électroluminescentes de votre téléviseur, aux transistors de votre ordinateur portable, et aux capteurs de lumière de l'appareil photo de votre smartphone.

Ces appareils sont les éléments constitutifs de l'électricité :chaque électron a une charge négative et peut émettre ou absorber de l'énergie selon la façon dont il est manipulé. Trous—essentiellement, l'absence d'électron—avoir une charge positive. Les appareils électroniques fonctionnent en déplaçant des électrons et des trous, ce qui conduit essentiellement à l'électricité.

Mais historiquement, chaque partie du dispositif électronique ne pourrait servir que de porte-électrons ou de porte-trous, pas les deux. Cela signifiait que l'électronique avait besoin de plusieurs couches et de plusieurs matériaux pour fonctionner.

Mais les chercheurs de l'Ohio State ont trouvé un matériau :le NaSn 2 Comme 2 , un cristal qui peut être à la fois porteur d'électrons et porteur de trous, éliminant potentiellement le besoin de couches multiples.

"C'est ce dogme de la science, que tu as des électrons ou que tu as des trous, mais tu n'as pas les deux. Mais nos découvertes renversent cela, " dit Wolfgang Windl, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Ohio State, et co-auteur de l'étude. "Et ce n'est pas qu'un électron devienne un trou, car c'est le même assemblage de particules. Ici, si vous regardez le matériel dans un sens, on dirait un électron, mais si tu regardes autrement, ça ressemble à un trou."

La découverte pourrait simplifier notre électronique, peut-être en créant des systèmes plus efficaces qui fonctionnent plus rapidement et tombent en panne moins souvent.

Pensez-y comme une machine Rube Goldberg, ou le jeu de société Mouse Trap des années 60 :plus il y a de pièces en jeu et plus les pièces sont en mouvement, moins l'énergie circule efficacement dans tout le système et plus il est probable que quelque chose échoue.

"Maintenant, nous avons cette nouvelle famille de cristaux en couches où les porteurs se comportent comme des électrons lorsqu'ils se déplacent à l'intérieur de chaque couche, et des trous lors du déplacement à travers les couches. ... Vous pouvez imaginer qu'il pourrait y avoir des appareils électroniques uniques que vous pourriez créer, " a déclaré Joshua Goldberger, professeur agrégé de chimie et de biochimie à l'Ohio State.

Les chercheurs ont nommé ce phénomène de double capacité « goniopolarité ». Ils croient que le matériau fonctionne de cette façon en raison de sa structure électronique unique, et dire qu'il est probable que d'autres matériaux stratifiés pourraient présenter cette propriété.

"Nous ne les avons pas encore trouvés, " a dit Heremans. " Mais maintenant nous savons qu'il faut les chercher. "

Les chercheurs ont fait la découverte presque par accident. Un étudiant chercheur diplômé dans le laboratoire de Heremans, Ben He, mesurait les propriétés du cristal lorsqu'il remarqua que le matériau se comportait parfois comme un porte-électrons et parfois comme un porte-trou - quelque chose qui, à ce moment, la pensée scientifique était impossible. Il pensait peut-être qu'il avait fait une erreur, refait l'expérience encore et encore, et obtenu le même résultat.

"C'est à cette chose qu'il a prêté attention et il n'a rien supposé, " dit Heremans.