Une équipe de chercheurs du MIT a utilisé un nouveau matériau de quelques atomes d'épaisseur pour créer des dispositifs capables d'exploiter ou d'émettre de la lumière. Cette preuve de concept pourrait conduire à des ultrafins, poids léger, et cellules photovoltaïques flexibles, diodes électroluminescentes (LED), et autres dispositifs optoélectroniques, ils disent.

Leur rapport est l'un des trois articles de différents groupes décrivant des résultats similaires avec ce matériel, publié dans le numéro du 9 mars de Nature Nanotechnologie . La recherche du MIT a été menée par Pablo Jarillo-Herrero, le professeur agrégé de physique Mitsui Career Development, les étudiants diplômés Britton Baugher et Yafang Yang, et postdoctoral Hugh Churchill.

Le matériel qu'ils ont utilisé, appelé diséléniure de tungstène (WSe2), fait partie d'une classe de matériaux monomoléculaires à l'étude pour une utilisation possible dans de nouveaux dispositifs optoélectroniques, capables de manipuler les interactions de la lumière et de l'électricité. Dans ces expériences, les chercheurs du MIT ont pu utiliser le matériau pour produire des diodes, le bloc de construction de base de l'électronique moderne.

Typiquement, les diodes (qui permettent aux électrons de circuler dans un seul sens) sont fabriquées par « dopage, " qui est un processus d'injection d'autres atomes dans la structure cristalline d'un matériau hôte. En utilisant différents matériaux pour ce processus irréversible, il est possible de fabriquer l'un ou l'autre des deux types de base de matériaux semi-conducteurs, type p ou type n.

Mais avec le nouveau matériel, des fonctions de type p ou de type n peuvent être obtenues simplement en amenant le film extrêmement mince à proximité très étroite d'une électrode métallique adjacente, et régler la tension dans cette électrode du positif au négatif. Cela signifie que le matériau peut facilement et instantanément passer d'un type à l'autre, ce qui est rarement le cas avec les semi-conducteurs conventionnels.

Dans leurs expériences, l'équipe du MIT a produit un appareil avec une feuille de matériau WSe2 dopé électriquement à moitié de type n et à moitié de type p, créer une diode de travail qui a des propriétés "très proches de l'idéal, " dit Jarillo-Herrero.

En fabriquant des diodes, il est possible de produire les trois dispositifs optoélectroniques de base :photodétecteurs, Cellules photovoltaïques, et LED; l'équipe du MIT a démontré les trois, dit Jarillo-Herrero. Bien qu'il s'agisse de dispositifs de validation de principe, et non conçu pour la mise à l'échelle, la démonstration réussie pourrait ouvrir la voie à un large éventail d'utilisations potentielles, il dit.

« On sait faire des matériaux de très grande surface » de ce type, dit Churchill. Bien que des travaux supplémentaires soient nécessaires, il dit, "il n'y a aucune raison que vous ne puissiez pas le faire à l'échelle industrielle."

En principe, Jarillo-Herrero dit, parce que ce matériau peut être conçu pour produire différentes valeurs d'une propriété clé appelée bande interdite, il devrait être possible de fabriquer des LED qui produisent n'importe quelle couleur, ce qui est difficile à faire avec des matériaux conventionnels. Et parce que le matériau est si fin, transparent, et léger, des dispositifs tels que des cellules solaires ou des écrans pourraient potentiellement être intégrés aux fenêtres des bâtiments ou des véhicules, ou même incorporés dans les vêtements, il dit.

Bien que le sélénium ne soit pas aussi abondant que le silicium ou d'autres matériaux prometteurs pour l'électronique, la finesse de ces feuilles est un gros avantage, Churchill souligne :« C'est des milliers ou des dizaines de milliers de fois plus minces » que les matériaux de diodes conventionnels, « vous utiliseriez donc des milliers de fois moins de matériel » pour fabriquer des appareils d'une taille donnée.

En plus des diodes que l'équipe a produites, l'équipe a également utilisé les mêmes méthodes pour fabriquer des transistors de type p et de type n et d'autres composants électroniques, dit Jarillo-Herrero. De tels transistors pourraient avoir un avantage significatif en termes de vitesse et de consommation d'énergie car ils sont si minces, il dit.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.