On a effectué une série de calculs théoriques pour prédire ses propriétés à l'aide d'un énorme centre de calcul. L'autre l'a fait pousser en vrac avant de cirer ses moustaches fines comme des atomes à l'aide d'un ruban adhésif.

Ensemble, Les chimistes de l'Université du Nebraska-Lincoln Xiao Cheng Zeng et Alexander Sinitskii ont démontré qu'un composé appelé trisulfure de titane pourrait se hisser au premier plan des matériaux bidimensionnels qui gagnent en popularité parmi les concepteurs de microélectronique.

L'essor des matériaux 2D (feuilles de quelques atomes d'épaisseur à peine) a commencé avec la démonstration du graphène en 2004, qui reste le matériau le plus résistant et le plus fin connu.

Zeng et Sinitskii ont publié deux études récentes montrant que le trisulfure de titane se compare favorablement non seulement au graphène, mais aussi le phosphorène et le bisulfure de molybdène, d'autres matériaux 2-D qui se sont révélés très prometteurs pour les applications électroniques.

"Il n'y avait aucun intérêt pour les propriétés du trisulfure de titane à quelques couches jusqu'à présent, " dit Zeng, un professeur de chimie de l'Université Ameritas. "Nous avons été parmi les premiers à les regarder, et nous avons été très excités par ce que nous avons vu."

L'étude théorique de Zeng a révélé que le trisulfure de titane 2-D a le potentiel de transporter des électrons plus rapidement que le phosphorène et le bisulfure de molybdène. Cette "mobilité électronique" permet de dicter la vitesse des transistors, les dispositifs qui contrôlent le courant électrique et amplifient la puissance électrique dans des technologies allant des téléphones portables aux engins spatiaux.

Les transistors forment également le noyau des semi-conducteurs, qui basculent rapidement entre un état « on » conducteur de courant et un état « arrêt » isolant pour représenter les 1 et les 0 de l'informatique numérique.

Le graphène possède une conductivité inégalée, mais manque cruellement de la qualité qui peut l'éteindre :un écart de bande, qui décrit l'énergie nécessaire aux électrons pour passer de leurs orbites proches autour des atomes à une "bande de conduction" externe qui favorise la conductivité.

Zeng et Sinitskii ont découvert que le trisulfure de titane a une bande interdite modérée qui se rapproche de celle trouvée dans le silicium préféré des semi-conducteurs, le rendant idéal pour la commutation marche/arrêt prisée dans de tels appareils. Le matériau donne également une grande disparité entre les conditions "on" et "off", ce qui permet de faire la distinction entre les 1 et les 0 résultants.

La bande interdite du matériau lui permet également d'absorber des particules élémentaires de lumière appelées photons de la plupart du spectre d'émission du soleil. À cause de ce, le trisulfure de titane pourrait également s'avérer utile dans la conception de cellules solaires, dit Sinitski.

Sinitskii, professeur assistant de chimie, suivi les calculs théoriques de Zeng en combinant du titane et du soufre pour former un bloc de trisulfure de titane. Il a ensuite utilisé du ruban adhésif pour déchirer les moustaches microscopiques du composé de la même manière que les pionniers du graphène l'ont fait avec le graphite il y a plus de dix ans.

Sinitskii a transformé ces moustaches en transistors et a dirigé les tests de performance qui ont confirmé le travail de son collègue.

« En tant que théoricien, Je veux toujours prédire quelque chose, " dit Zeng. " Le rêve pour nous est que quelqu'un le fasse en laboratoire.

"Je n'ai pas pu m'empêcher de le dire à Alex. C'est l'un des plus grands experts au monde en matière de fabrication de matériaux bidimensionnels, et il l'a fait quelques mois plus tard (je lui ai demandé)."

Sinitskii a déclaré que les prédécesseurs 2-D du trisulfure de titane devraient aider à accélérer les efforts de son équipe pour l'étudier et l'améliorer.

« Quand les gens ont commencé à travailler avec des appareils basés sur le graphène, le premier matériau bidimensionnel, tout était neuf, " at-il dit. " Les chercheurs ont étudié comment différents paramètres affectent les performances de l'appareil. Lorsqu'ils ont commencé à travailler sur d'autres matériaux 2D, les connaissances générées par la recherche sur le graphène ont été très utiles.

"Dans notre cas, nous sommes en fait dans une assez bonne position, parce que nous pouvons apprendre beaucoup de ces études antérieures et appliquer nos connaissances antérieures pour fabriquer de meilleurs transistors à partir de trisulfure de titane. »

L'étude récente de Zeng, publié dans la revue Angewandte Chemie Édition Internationale , a été co-écrit avec le chercheur postdoctoral Jun Dai. Les chercheurs ont effectué leurs calculs via le Holland Computing Center de l'UNL.

L'étude dirigée par Sinitskii est parue dans la revue Nanoéchelle .