La structure cristalline à la surface des matériaux semi-conducteurs peut les faire se comporter comme des métaux et même comme des supraconducteurs, une équipe de recherche conjointe Swansea/Rostock a montré. La découverte ouvre potentiellement la porte à des avancées telles que des appareils électroniques plus économes en énergie.

Les semi-conducteurs sont les parties actives des transistors, circuits intégrés, capteurs, et LED. Ces matériaux, principalement à base de silicium, sont au cœur de l'industrie électronique d'aujourd'hui.

Nous utilisons leurs produits presque en continu, dans les téléviseurs modernes, en informatique, comme éléments d'éclairage, et bien sûr comme téléphones portables.

Métaux, d'autre part, câblent les composants électroniques actifs et constituent la charpente des appareils.

L'équipe de recherche, dirigé par le professeur Christian Klinke du département de chimie de l'Université de Swansea et de l'Université de Rostock en Allemagne, analysé les cristaux à la surface des matériaux semi-conducteurs.

Appliquer une méthode appelée synthèse colloïdale à des nanofils de sulfure de plomb, l'équipe a montré que les atomes de plomb et de soufre constituant les cristaux pouvaient être disposés de différentes manières. Surtout, ils ont vu que cela affectait les propriétés du matériau.

Dans la plupart des configurations, les deux types d'atomes sont mélangés et l'ensemble de la structure présente un comportement semi-conducteur comme prévu.

Cependant, l'équipe a découvert qu'une "coupe" particulière à travers le cristal, avec les facettes dites {111} sur la surface, qui ne contient que des atomes de plomb, montre un caractère métallique.

Cela signifie que les nanofils transportent des courants beaucoup plus élevés, leur comportement de transistor est supprimé, ils ne répondent pas à l'illumination, comme le feraient les semi-conducteurs, et ils montrent une dépendance inverse de la température, typique des métaux.

Dr Mehdi Ramin, l'un des chercheurs de l'équipe Swansea/Rostock, mentionné:

"Après avoir découvert que nous pouvons synthétiser des nanofils de sulfure de plomb avec différentes facettes, ce qui les fait ressembler à des fils droits ou en zigzag, nous avons pensé que cela devait avoir des conséquences intéressantes pour leurs propriétés électroniques.

Mais ces deux comportements nous ont plutôt surpris. Ainsi, nous avons commencé à étudier les conséquences de la forme plus en détail."

L'équipe a alors fait une deuxième découverte :à basse température, la peau des nanostructures se comporte même comme un supraconducteur. Cela signifie que les électrons sont transportés à travers les structures avec une résistance nettement inférieure.

Professeur Christian Klinke de l'Université de Swansea et de l'Université de Rostock, qui a dirigé la recherche, mentionné:

"Ce comportement est étonnant et doit certainement être étudié plus en détail.

Mais cela donne déjà de nouvelles perspectives passionnantes sur la façon dont le même matériau peut posséder différentes propriétés physiques fondamentales en fonction de sa structure et de ce qui pourrait être possible à l'avenir.

Une application potentielle est le transport d'énergie sans perte, ce qui signifie qu'aucune énergie n'est gaspillée.

Grâce à une optimisation supplémentaire et au transfert du principe à d'autres matériaux, des avancées significatives peuvent être réalisées, ce qui pourrait conduire à de nouveaux appareils électroniques efficaces.

Les résultats présentés dans l'article ne sont qu'une première étape dans ce qui sera sûrement un long et fructueux voyage vers de nouvelles chimie et physique des matériaux passionnantes."