Il s'agit d'un modèle moléculaire montrant la structure des nanofils créés à partir d'une monocouche de dichalcogénures de métaux de transition (TMDC). Crédit :Junhao Lin, Université Vanderbilt
(Phys.org) — Junhao Lin, un doctorat de l'Université Vanderbilt. étudiant et chercheur invité au Oak Ridge National Laboratory (ORNL), a trouvé un moyen d'utiliser un faisceau d'électrons finement focalisé pour créer certains des plus petits fils jamais fabriqués. Les fils métalliques flexibles n'ont que trois atomes de large :un millième de la largeur des fils microscopiques utilisés pour connecter les transistors dans les circuits intégrés d'aujourd'hui.
L'exploit de Lin est décrit dans un article publié en ligne le 28 avril par la revue Nature Nanotechnologie . Selon son conseiller Sokrates Pantelides, Professeur émérite de physique et d'ingénierie à l'Université Vanderbilt, et ses collaborateurs à l'ORNL, la technique représente une nouvelle façon passionnante de manipuler la matière à l'échelle nanométrique et devrait donner un coup de pouce aux efforts visant à créer des circuits électroniques à partir de monocouches atomiques, le facteur de forme le plus fin possible pour les objets solides.
"Junhao a pris ce projet et l'a vraiment suivi, " dit Pantelides.
Lin a fabriqué les fils minuscules à partir d'une famille spéciale de matériaux semi-conducteurs qui forment naturellement des monocouches. Ces matériaux, appelés dichalcogénures de métaux de transition (TMDC), sont fabriqués en combinant le molybdène ou le tungstène avec du soufre ou du sélénium. Le membre le plus connu de la famille est le bisulfure de molybdène, un minéral commun qui est utilisé comme lubrifiant solide.
Les monocouches atomiques font aujourd'hui l'objet d'un intérêt scientifique considérable car elles ont tendance à avoir un certain nombre de qualités remarquables, comme une force et une flexibilité exceptionnelles, transparence et haute mobilité électronique. Cet intérêt a été suscité en 2004 par la découverte d'un moyen simple de créer du graphène, un réseau en nid d'abeilles à l'échelle atomique d'atomes de carbone qui a présenté un certain nombre de propriétés record, y compris la force, conduction électrique et thermique. Malgré les propriétés superlatives du graphène, les experts ont eu du mal à les convertir en appareils utiles, un processus que les scientifiques des matériaux appellent fonctionnalisation. Les chercheurs se sont donc tournés vers d'autres matériaux monocouches comme les TMDC.
D'autres groupes de recherche ont déjà créé des transistors fonctionnels et des portes de mémoire flash à partir de matériaux TMDC. Ainsi, la découverte de la fabrication des fils fournit les moyens d'interconnecter ces éléments de base. A côté des transistors, le câblage est l'une des parties les plus importantes d'un circuit intégré. Bien que les circuits intégrés (puces) d'aujourd'hui aient la taille d'une vignette, ils contiennent plus de 20 miles de câblage en cuivre.
« Cela stimulera probablement un énorme intérêt pour la recherche dans la conception de circuits monocouches, " Dit Lin. "Parce que cette technique utilise l'irradiation électronique, elle peut en principe être applicable à tout type d'instrument à base d'électrons, comme la lithographie par faisceau d'électrons."
Des séries de micrographies électroniques à balayage fixe (a à d) montrent comment le faisceau d'électrons est utilisé pour créer des nanofils. Crédit :Junhao Lin / Vanderbilt
L'une des propriétés intrigantes des circuits monocouches est leur ténacité et leur flexibilité. Il est trop tôt pour prédire quels types d'applications il produira, mais "Si vous laissez aller votre imagination, vous pouvez imaginer des tablettes et des écrans de télévision aussi minces qu'une feuille de papier que vous pouvez enrouler et ranger dans votre poche ou votre sac à main, " a commenté Pantelides.
En outre, Lin envisage que la nouvelle technique pourrait permettre de créer des circuits tridimensionnels en empilant des monocouches "comme des blocs Lego" et en utilisant des faisceaux d'électrons pour fabriquer les fils qui relient les couches empilées.
La fabrication des nanofils a été réalisée à l'ORNL dans le groupe de microscopie dirigé jusqu'à récemment par Stephen J. Pennycook, dans le cadre d'une collaboration Vanderbilt-ORNL en cours qui combine la microscopie et la théorie pour étudier des systèmes de matériaux complexes. Junhao est un étudiant diplômé qui poursuit à la fois la théorie et la microscopie électronique dans sa recherche doctorale. Son principal mentor en microscopie a été l'ORNL Wigner Fellow Wu Zhou.
"Junhao a utilisé un microscope électronique à transmission à balayage (STEM) capable de focaliser un faisceau d'électrons jusqu'à une largeur d'un demi-angström (environ la moitié de la taille d'un atome) et vise ce faisceau avec une précision exquise, " dit Zhou.
