Les ingénieurs en matériaux de l'Université du Wisconsin-Madison ont fait un pas important vers la création d'électronique plus performante avec une durée de vie de la batterie améliorée et la capacité de fléchir et de s'étirer.

Dirigé par le professeur agrégé de science des matériaux Michael Arnold et le professeur Padma Gopalan, l'équipe a signalé les transistors à nanotubes de carbone les plus performants jamais démontrés. En plus d'ouvrir la voie à l'amélioration de l'électronique grand public, cette technologie pourrait également avoir des utilisations spécifiques dans des applications industrielles et militaires.

Dans un article publié récemment dans la revue ACS Nano , Arnold, Gopalan et leurs étudiants ont signalé des transistors avec un rapport marche-arrêt de 1, 000 fois mieux et une conductance 100 fois meilleure que les précédents transistors à nanotubes de carbone à la pointe de la technologie.

"Les nanotubes de carbone sont très résistants et très flexibles, ils pourraient donc également être utilisés pour fabriquer des écrans flexibles et des composants électroniques pouvant s'étirer et se plier, vous permettant d'intégrer l'électronique dans de nouveaux endroits comme les vêtements, " dit Arnold. " Cette avancée permet de nouveaux types d'électronique qui ne sont pas possibles avec les matériaux plus fragiles que les fabricants utilisent actuellement. "

Les nanotubes de carbone sont de simples feuilles atomiques de carbone enroulées dans un tube. Comme certains des meilleurs conducteurs électriques jamais découverts, les nanotubes de carbone sont reconnus depuis longtemps comme un matériau prometteur pour les transistors de nouvelle génération, qui sont des dispositifs semi-conducteurs qui peuvent agir comme un interrupteur marche-arrêt pour le courant ou amplifier le courant. Cela constitue la base d'un appareil électronique.

Cependant, les chercheurs ont eu du mal à isoler des nanotubes de carbone purement semi-conducteurs, qui sont cruciaux, parce que les impuretés des nanotubes métalliques agissent comme des fils de cuivre et "court-circuitent" l'appareil. Les chercheurs ont également eu du mal à contrôler le placement et l'alignement des nanotubes. Jusqu'à maintenant, ces deux défis ont limité le développement de transistors à nanotubes de carbone à hautes performances.

S'appuyant sur plus de deux décennies de recherche sur les nanotubes de carbone dans le domaine, l'équipe UW-Madison s'est appuyée sur des technologies de pointe qui utilisent des polymères pour trier sélectivement les nanotubes semi-conducteurs, obtenir une solution de nanotubes de carbone semi-conducteurs d'ultra-haute pureté.

Les techniques antérieures pour aligner les nanotubes ont abouti à une densité de tassement moins que souhaitable, ou la proximité des nanotubes entre eux lorsqu'ils sont assemblés en un film. Cependant, les chercheurs de l'UW-Madison ont mis au point une nouvelle technique, appelé auto-assemblage évaporatif flottant, ou FESA, qu'ils ont décrit plus tôt en 2014 dans le journal ACS Langmuir . Dans cette technique, les chercheurs ont exploité un phénomène d'auto-assemblage déclenché par l'évaporation rapide d'une solution de nanotubes de carbone.

L'avancée la plus récente de l'équipe rapproche également le domaine de la réalisation de transistors à nanotubes de carbone en tant que remplacement possible des transistors au silicium dans les puces informatiques et dans les dispositifs de communication à haute fréquence, qui approchent rapidement de leurs limites d'échelle physique et de performance.

"Il ne s'agit pas d'une amélioration progressive des performances, " dit Arnold. " Avec ces résultats, nous avons vraiment fait un bond dans les transistors à nanotubes de carbone. Nos transistors à nanotubes de carbone ont une conductance d'un ordre de grandeur supérieure à celle des meilleures technologies de transistors à couches minces actuellement utilisées dans le commerce, tout en continuant à s'allumer et à s'éteindre comme un transistor est censé fonctionner."

Les chercheurs ont breveté leur technologie par le biais de la Wisconsin Alumni Research Foundation et ont commencé à travailler avec des entreprises pour accélérer le transfert de technologie vers l'industrie.