(Phys.org) — Bien que les scientifiques continuent de découvrir les propriétés électroniques remarquables des nanomatériaux tels que le graphène et les dichalcogénures de métaux de transition, la façon dont le courant électrique circule à cette échelle n'est pas bien comprise. Dans une nouvelle étude, les scientifiques ont pour la première fois étudié exactement comment un courant circule à travers des matériaux multicouches 2-D, et ont constaté que le flux de courant dans ces matériaux est très différent du flux de courant dans les matériaux 3-D et ne peut pas être expliqué avec des modèles conventionnels. Cette compréhension pourrait guider les chercheurs dans la conception de futurs dispositifs nanoélectroniques.

Les chercheurs, Saptarshi Das et Joerg Appenzeller à l'Université Purdue à West Lafayette, Indiana, ont publié leur article sur le flux de courant dans les matériaux en couches 2-D dans un récent numéro de Lettres nano .

"Grâce à notre approche expérimentale, nous avons imaginé une nouvelle façon de comprendre le flux de courant à travers ces matériaux de faible dimension, et nous avons également découvert que les modèles conventionnels de transport par transporteur qui s'appliquent aux matériaux en vrac doivent être révisés pour les systèmes 2-D en couches, " Das a dit Phys.org .

Dans leur étude, les scientifiques ont évalué expérimentalement le flux et la distribution du courant dans un transistor en MoS 2-D 2 , qui était d'environ 8 nm d'épaisseur et se composait d'environ 13 couches. Comme les scientifiques l'ont expliqué, le courant dans les couches individuelles ne peut pas être mesuré directement. Ils ont donc conçu une méthode alternative pour cartographier la distribution actuelle dans les multiples couches, qui implique la mise à l'échelle de la longueur du canal à l'aide d'un microscope électronique à balayage.

Les scientifiques ont découvert que le courant dans le MoS 2-D 2 est réparti entre les 13 couches afin que les couches supérieures aient la mobilité la plus élevée et les résistances les plus faibles, tandis que les couches inférieures ont la mobilité la plus faible et la résistance la plus élevée. En calculant la moyenne pondérée du courant dans les couches individuelles, les chercheurs ont déterminé l'emplacement du "HOT-SPOT" comme centre de la distribution actuelle, qui dans ce cas était dans les couches supérieures.

Cependant, lorsque les scientifiques ont changé la tension de polarisation appliquée à la porte, l'emplacement du "HOT-SPOT" a également changé. À des valeurs de polarisation de grille élevées, la résistance de chaque couche est faible et le "HOT-SPOT" est situé au niveau des couches supérieures. Mais lorsque la polarisation de la porte est diminuée, la résistance augmente et le « HOT-SPOT » migre vers les couches inférieures. Cette migration inhabituelle du « HOT-SPOT » en fonction du biais de grille appliqué donne également lieu à une résistance supplémentaire que les chercheurs appellent « résistance intercouche, " qui ne se trouve pas dans les matériaux 3-D et ne peut pas être expliqué dans le modèle conventionnel de flux de courant basé sur les contacts à barrière Schottky.

Les scientifiques ont également évalué expérimentalement le flux et la distribution du courant dans le graphène 2D composé d'environ 13 couches, et observé des effets opposés par rapport au MoS 2 . À savoir, les chercheurs ont découvert que le courant circule principalement vers les couches inférieures du graphène, c'est là que se trouve le "HOT-SPOT", tandis que les couches supérieures ont une résistance plus élevée. Les chercheurs expliquent que cette différence se produit parce que le graphène et le MoS 2 ont des propriétés physiques différentes, et la position du " HOT-SPOT " est régie par les propriétés physiques d'un matériau. En connaissant les propriétés physiques d'un matériau multicouche 2-D, la position du "HOT-SPOT" peut être prédite avec une marge d'erreur de 5%.

Comprendre le flux et la distribution du courant dans les matériaux 2D multicouches, tout en sachant que ces caractéristiques diffèrent selon les matériaux, s'avérera probablement très utile lors de la conception de futurs composants électroniques.

« Comprendre le transport des porteurs dans des matériaux de faible dimension n'est pas seulement attrayant d'un point de vue scientifique fondamental, mais également tout aussi important dans le contexte de la conception d'appareils haute performance, " a déclaré Das. "Notre étude expérimentale combinée à une modélisation analytique fournit de nouvelles informations sur le flux de courant dans des matériaux en couches bidimensionnels comme le MoS 2 et le graphène, ce qui sera utile à de nombreux chercheurs travaillant dans ce domaine."

Das a ajouté que ses futurs travaux se concentreront sur la mise en œuvre de nouveaux concepts d'appareils basés sur de nouveaux matériaux 2D qui utilisent leurs propriétés électriques uniques, propriétés mécaniques et optiques.

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