(PhysOrg.com) -- À l'échelle macro, le silicium est un matériau fragile qui ne peut pas être facilement moulé dans la forme souhaitée. Mais les scientifiques ont découvert qu'un morceau de silicium de seulement 3 nm de long peut être étiré à plus de 20 fois sa longueur d'origine sans se casser. Si les chercheurs peuvent tirer parti de la plasticité du silicium nanométrique, ils pourraient potentiellement mouler le matériau en nanostructures de différentes formes pour des applications technologiques.

Les scientifiques, Tadashi Ishida de l'Université de Tokyo et coauteurs d'autres institutions au Japon et en France, ont publié leur étude sur la plasticité nanométrique du silicium dans un récent numéro de Nanotechnologie .

Bien que certains chercheurs aient prédit que des matériaux macroscopiquement fragiles comme le silicium et d'autres matériaux covalents (dont les atomes sont maintenus ensemble par de fortes liaisons covalentes) devraient montrer une plasticité à l'échelle nanométrique, mesurer les propriétés des matériaux nanométriques est difficile pour des raisons techniques. Certaines des principales difficultés consistent à trouver des moyens de serrer en toute sécurité les extrémités du matériau et à surveiller les propriétés pendant les tests.

Pour surmonter ces difficultés, les scientifiques ont utilisé une nouvelle méthode impliquant un système microélectromécanique et un microscope électronique à transmission, qu'ils appellent MEMS-in-TEM. Avec cette configuration, les chercheurs ont pu manipuler simultanément le silicium à l'aide du dispositif MEMS tout en observant les résultats en temps réel avec le microscope.

En partant d'un morceau cylindrique de silicium d'une longueur de 3 nm et d'un diamètre de 50 nm, les chercheurs ont tiré le silicium à une vitesse quasi-statique, provoquant son allongement. Sur une durée de 30 minutes, le silicium allongé de 3 nm à 61,6 nm, tandis que le diamètre diminuait progressivement. Les chercheurs ont réalisé l'expérience sur sept échantillons jusqu'à ce que les « nanoponts » de silicium atteignent enfin le point de fracture.

"Un chargement de traction lent a donné suffisamment de temps pour diffuser les atomes de silicium dans le nanopont de silicium et déformer progressivement la structure amorphe dans le pont, ” a dit Ishida PhysOrg.com . « La superplasticité a été induite par la combinaison de la diffusion de surface induite par les contraintes et de la déformation amorphe intergranulaire, y compris les nano grains de silicium cristallin.

Dans la diffusion de surface induite par le stress, le premier des deux facteurs, les atomes de silicium s'étalent sur la surface pour augmenter la longueur du nanopont, qui se produit en raison de la tension mécanique et du stress. Le deuxième facteur, déformation amorphe intergranulaire, peut être décrit comme un écoulement « de type fluage » du matériau intergranulaire dans le silicium, et les nanocristaux s'adaptant à ce flux. Les observations des scientifiques suggèrent que, lorsque le diamètre du nanopont devient comparable à la taille moyenne des nanocristaux, le nanopont atteint sa limite élastique critique et ne peut plus s'allonger.

Cette capacité à allonger le silicium nanométrique, qui se fait à température ambiante, pourrait avoir des implications pour de nombreux composants électroniques à base de silicium, puisque le silicium pourrait être moulé dans des formes spécifiques.

« Avec cette technique, vous pouvez modifier précisément la surface des nanostructures et améliorer leurs performances, " dit Ishida. « Cette technique peut être appliquée à toutes les mécaniques, appareils électriques et optiques, tels que les câblages et les joints à l'échelle nanométrique, capteurs de gaz nanofil, et appareils photovoltaïques, pour améliorer leurs performances.

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