Matériaux bidimensionnels, ou des matériaux 2D pour faire court, sont extrêmement polyvalents, bien que - ou souvent plus précisément parce que - ils ne sont constitués que d'une ou de quelques couches d'atomes. Le graphène est le matériau 2D le plus connu. Le bisulfure de molybdène (une couche constituée d'atomes de molybdène et de soufre qui a une épaisseur de trois atomes) entre également dans cette catégorie, même si, contrairement au graphène, il a des propriétés semi-conductrices. Avec son équipe, Le Dr Thomas Mueller du Photonics Institute de la TU Wien mène des recherches sur les matériaux 2D, les considérant comme une alternative prometteuse pour la production future de microprocesseurs et autres circuits intégrés.

Le tout et la somme de ses parties

Les microprocesseurs sont un composant indispensable et omniprésent dans le monde moderne. Sans leur développement continu, beaucoup de choses que nous tenons pour acquises de nos jours, comme les ordinateurs, téléphones portables et internet, ne serait pas possible du tout. Cependant, alors que le silicium a toujours été utilisé dans la production de microprocesseurs, il approche maintenant lentement mais sûrement de ses limites physiques. matériaux 2D, y compris le bisulfure de molybdène, se montrent prometteurs en tant que remplaçants potentiels.

Bien que la recherche sur les transistors individuels - les composants les plus élémentaires de chaque circuit numérique - constitués de matériaux 2D soit en cours depuis la découverte du graphène en 2004, le succès dans la création de structures plus complexes a été très limité. À ce jour, il n'a été possible de réaliser des composants numériques individuels qu'avec quelques transistors. Afin de réaliser un microprocesseur qui fonctionne indépendamment, cependant, des circuits beaucoup plus complexes sont nécessaires qui, en outre également besoin d'interagir parfaitement.

Thomas Mueller et son équipe y sont parvenus pour la première fois. Le résultat est un microprocesseur 1 bit composé de 115 transistors sur une surface d'environ 0,6 mm2 pouvant exécuter des programmes simples.

"Même si, cela semble bien sûr modeste par rapport aux standards de l'industrie à base de silicium, il s'agit toujours d'une percée majeure dans ce domaine de recherche. Maintenant que nous avons une preuve de concept, en principe, il n'y a aucune raison pour que d'autres développements ne soient pas réalisés, " dit Stefan Wachter, doctorant dans le groupe de recherche du Dr Mueller. Cependant, ce n'est pas seulement le choix du matériau qui a conduit au succès du projet de recherche. « Nous avons également examiné attentivement les dimensions des transistors individuels, " explique Mueller. " Les relations exactes entre les géométries des transistors au sein d'un composant de circuit de base sont un facteur critique pour pouvoir créer et mettre en cascade des unités plus complexes. "

Perspectives d'avenir

Il va sans dire que des circuits beaucoup plus puissants et complexes avec des milliers voire des millions de transistors seront nécessaires pour que cette technologie ait une application pratique. La reproductibilité continue d'être l'un des plus grands défis actuellement rencontrés dans ce domaine de recherche avec le rendement dans la production des transistors utilisés. Après tout, à la fois la production de matériaux 2D en premier lieu ainsi que les méthodes de traitement ultérieur de ces matériaux n'en sont encore qu'à leurs tout débuts.

"Comme nos circuits étaient réalisés plus ou moins à la main en laboratoire, des conceptions aussi complexes sont bien sûr bien au-delà de nos capacités. Chacun des transistors doit fonctionner comme prévu pour que le processeur fonctionne dans son ensemble, " explique Mueller, soulignant les énormes exigences imposées à l'électronique de pointe.

Cependant, les chercheurs sont convaincus que les méthodes industrielles pourraient ouvrir de nouveaux champs d'application pour cette technologie dans les prochaines années. Un tel exemple pourrait être l'électronique flexible, qui sont requis pour les capteurs médicaux et les écrans flexibles. Dans ce cas, Les matériaux 2D sont bien plus adaptés que le silicium traditionnellement utilisé en raison de leur flexibilité mécanique nettement supérieure.