(Phys.org) - Des chercheurs en nano-ingénierie de l'Université Rice et de l'Université technologique de Nanyang à Singapour ont dévoilé une méthode potentiellement évolutive pour fabriquer des couches d'un atome d'épaisseur de diséléniure de molybdène, un semi-conducteur très recherché qui est similaire au graphène mais qui a de meilleures propriétés pour la fabrication certains appareils électroniques comme les transistors commutables et les diodes électroluminescentes.

La méthode de fabrication du diséléniure de molybdène bidimensionnel utilise une technique connue sous le nom de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et est décrite en ligne dans un nouvel article de la revue American Chemical Society. ACS Nano . La découverte est importante car le CVD est largement utilisé par les industries des semi-conducteurs et des matériaux pour fabriquer des films minces de silicium, fibres de carbone et autres matériaux.

« Cette nouvelle méthode va nous permettre d'exploiter les propriétés du diséléniure de molybdène dans de nombreuses applications, " a déclaré Pulickel Ajayan, responsable de l'étude, président du Département de science des matériaux et de nano-ingénierie de Rice. "Contrairement au graphène, qui peut maintenant être facilement réalisé en grandes feuilles, de nombreux matériaux 2-D intéressants restent difficiles à synthétiser. Maintenant que nous avons une écurie, moyen efficace de produire du diséléniure de molybdène 2-D, nous prévoyons d'étendre cette procédure robuste à d'autres matériaux 2D."

Dans l'étude Rice, Ajayan et ses collègues ont testé leurs couches atomiquement minces de diséléniure de molybdène en construisant un transistor à effet de champ (FET), un dispositif couramment utilisé dans l'industrie microélectronique. Les tests du FET ont révélé que les propriétés électroniques des couches de diséléniure de molybdène étaient significativement meilleures que celles du disulfure de molybdène; ce dernier est un matériau similaire qui a été plus largement étudié car il était plus facile à fabriquer. Par exemple, les tests FET ont révélé que la mobilité électronique du diséléniure de molybdène de Rice était supérieure à celle du CVD cultivé, bisulfure de molybdène.

En physique du solide, la mobilité des électrons fait référence à la vitesse à laquelle les électrons traversent un métal ou un semi-conducteur en présence d'un champ électrique. Les matériaux à haute mobilité électronique sont souvent préférés pour réduire la consommation d'énergie et le chauffage dans les dispositifs microélectroniques.

"Être capable de fabriquer des matériaux 2D de manière contrôlée aura vraiment un impact sur notre compréhension et l'utilisation de leurs propriétés fascinantes, " a déclaré la co-auteur de l'étude Emilie Ringe, professeur assistant de science des matériaux et nano-ingénierie et de chimie à Rice. « Caractériser à la fois la structure et la fonction d'un matériau, comme nous l'avons fait dans cet article, est essentiel à de telles avancées."

Le diséléniure de molybdène et le disulfure de molybdène appartiennent chacun à une classe de matériaux connus sous le nom de dichalcogénures de métaux de transition; Les TMDC sont ainsi nommés car ils se composent de deux éléments, un métal de transition comme le molybdène ou le tungstène et un "chalcogène" comme le soufre, sélénium ou tellure.

Les TMDC ont suscité un vif intérêt de la part des scientifiques des matériaux car ils ont une structure atomique similaire au graphène, les matériaux merveilleux de carbone pur qui ont attiré le prix Nobel de physique 2010. Le graphène et les matériaux similaires sont souvent qualifiés de bidimensionnels car ils n'ont qu'un atome d'épaisseur. Le graphène a des propriétés électroniques extraordinaires. Par exemple, sa mobilité électronique est des dizaines de milliers de fois supérieure à celle des TMDC.

Cependant, Les TMDC bidimensionnels comme le diséléniure de molybdène ont suscité un vif intérêt car leurs propriétés électroniques sont complémentaires du graphène. Par exemple, le graphène pur n'a pas de bande interdite, une propriété électronique utile que les ingénieurs peuvent exploiter pour créer des FET qui s'allument et s'éteignent facilement.

Comme pour de nombreux nanomatériaux, les scientifiques ont découvert que les propriétés physiques des TMDC changent de façon marquée lorsque le matériau a des propriétés à l'échelle nanométrique. Par exemple, une plaque de diséléniure de molybdène qui est même d'un micron d'épaisseur a une bande interdite "indirecte" tandis qu'une feuille bidimensionnelle de diséléniure de molybdène a une bande interdite "directe". La différence est importante pour l'électronique car des matériaux à bande interdite directe peuvent être utilisés pour fabriquer des transistors commutables et des photodétecteurs sensibles.

"L'une des forces motrices du département de science des matériaux et de nano-ingénierie de Rice est la collaboration étroite qui se développe entre les personnes qui se concentrent sur la synthèse et ceux d'entre nous impliqués dans la caractérisation, " dit Ringe, qui a rejoint la faculté de Rice en janvier. "Nous espérons que ce sera le début d'une série de nouveaux protocoles pour synthétiser de manière fiable une variété de matériaux 2D."