Une nouvelle étude menée par une équipe internationale de chercheurs dirigée par l'Université du Minnesota montre comment la manipulation de matériaux 2D pourrait rendre nos appareils modernes plus rapides, plus petite, Et mieux.

Les résultats sont maintenant en ligne et seront publiés dans Matériaux naturels , une revue scientifique de premier plan sur la science des matériaux et la recherche en ingénierie.

Les matériaux bidimensionnels sont une classe de nanomatériaux qui n'ont que quelques atomes d'épaisseur. Les électrons de ces matériaux sont libres de se déplacer dans le plan bidimensionnel, mais leur mouvement restreint dans la troisième direction est régi par la mécanique quantique. La recherche sur ces nanomatériaux en est encore à ses balbutiements, mais des matériaux 2D tels que le graphène, Les dichalcogénures de métaux de transition et le phosphore noir ont suscité une attention considérable de la part des scientifiques et des ingénieurs pour leurs propriétés étonnantes et leur potentiel d'amélioration des dispositifs électroniques et photoniques.

Dans cette étude, chercheurs de l'Université du Minnesota, MIT, Stanford, Laboratoire de recherche naval des États-Unis, IBM, et universités au Brésil, Royaume-Uni et Espagne, se sont associés pour examiner les propriétés optiques de plusieurs dizaines de matériaux 2D. L'objectif de l'article est d'unifier la compréhension des interactions lumière-matière dans ces matériaux parmi les chercheurs et d'explorer de nouvelles possibilités pour les recherches futures.

Ils discutent de la façon dont les polaritons, une classe de quasiparticules formées par couplage de photons avec des dipôles de charge électrique dans le solide, permettre aux chercheurs de marier la vitesse des particules de lumière photonique et la petite taille des électrons.

"Avec nos appareils, on veut de la vitesse, Efficacité, et nous voulons petit. Polaritons pourrait offrir la réponse, " a déclaré Tony Low, professeur adjoint en génie électrique et informatique à l'Université du Minnesota et auteur principal de l'étude.

En excitant les polaritons dans les matériaux 2D, l'énergie électromagnétique peut être concentrée jusqu'à un volume un million de fois plus petit que lorsqu'elle se propage dans l'espace libre.

« Les matériaux bidimensionnels en couches sont devenus une fantastique boîte à outils pour la nano-photonique et la nano-optoélectronique, fournir une conception et une accordabilité sur mesure pour des propriétés qui ne sont pas possibles à réaliser avec des matériaux conventionnels, " a déclaré Frank Koppens, chef de groupe à l'Institut des sciences photoniques de Barcelone, Espagne, et co-auteur de l'étude. "Cela offrira d'énormes opportunités pour les applications."

D'autres membres de l'équipe du secteur privé reconnaissent également le potentiel des applications pratiques.

"L'étude des plasmons-polaritons en deux dimensions n'est pas seulement un sujet de recherche passionnant, mais offre également des possibilités d'applications technologiques importantes, " dit Phaedon Avoruris, IBM Fellow au IBM T. J. Watson Research Center et co-auteur de l'étude. "Par exemple, un matériau de couche atomique comme le graphène étend le champ de la plasmonique aux régions infrarouge et térahertz du spectre électromagnétique, permettant des applications uniques allant de la détection et de la prise d'empreintes de quantités infimes de biomolécules, aux applications dans les communications optiques, la récupération d'énergie et l'imagerie de sécurité."

La nouvelle étude a également examiné les possibilités de combiner des matériaux 2D. Les chercheurs soulignent que chaque matériau 2D présente des avantages et des inconvénients. La combinaison de ces matériaux crée de nouveaux matériaux qui peuvent avoir les meilleures qualités des deux.

"Chaque fois que nous regardons un nouveau matériau, nous trouvons quelque chose de nouveau, " Low a déclaré. " Le graphène est souvent considéré comme un matériau " miracle ", mais le combiner avec un autre matériau peut le rendre encore meilleur pour une grande variété d'applications."

Pour lire le document de recherche complet, intitulé « Polaritons dans des matériaux bidimensionnels stratifiés, " visiter le Matériaux naturels site Internet.