Des chercheurs ont développé le nanofil métallique le plus fin au monde, qui pourrait être utilisé pour miniaturiser de nombreux composants électroniques que nous utilisons tous les jours.

Les chercheurs, des universités de Cambridge et Warwick, ont développé un fil constitué d'une seule chaîne d'atomes de tellure, ce qui en fait un véritable matériau unidimensionnel. Ces fils unidimensionnels sont produits à l'intérieur de nanotubes de carbone (CNT) extrêmement minces – des cylindres creux constitués d'atomes de carbone. Les « nanofils extrêmes » finis mesurent moins d'un milliardième de mètre de diamètre – 10, 000 fois plus fin qu'un cheveu humain.

Une seule chaîne d'atomes est aussi petite que peuvent l'être des matériaux basés sur des éléments du tableau périodique, ce qui les rend potentiellement utiles pour les semi-conducteurs et autres applications électroniques. Cependant, ces chaînes peuvent être instables, car leurs atomes vibrent constamment et, en l'absence de contrainte physique, ils peuvent finir par se transformer en une autre structure ou se désintégrer complètement.

Selon les chercheurs de Cambridge, l'encapsulation des nanofils n'est pas seulement une méthode utile pour fabriquer des matériaux unidimensionnels (1D) stables, il peut être nécessaire de les empêcher de se désintégrer. Les chercheurs ont également montré qu'il était possible de modifier la forme et le comportement électronique des nanofils en faisant varier les diamètres des tubes qui les encapsulent. Leurs résultats sont publiés dans la revue ACS Nano .

Pour rendre l'électronique plus rapide et plus puissante, plus de transistors doivent être pressés sur des puces semi-conductrices. Depuis 50 ans, le nombre de transistors sur une seule puce a doublé tous les deux ans – c'est ce qu'on appelle la loi de Moore. Cependant, nous approchons de la limite de la taille d'un transistor avant que les effets quantiques associés aux atomes et aux électrons individuels ne commencent à interférer avec son fonctionnement normal. Les chercheurs étudient actuellement diverses façons de suivre la loi de Moore, et à son tour répondre à notre désir d'aller plus vite, électronique moins chère et plus puissante. Les matériaux unidimensionnels pourraient être l'une des solutions au défi de la miniaturisation.

Les chercheurs de Cambridge ont d'abord utilisé des simulations informatiques pour prédire les types de structures géométriques qui se formeraient si des atomes de tellure étaient injectés dans des nanotubes, et a constaté que les fils 1D pourraient exister dans un tel scénario.

Plus tard, tests en laboratoire, en utilisant les techniques les plus avancées pour la synthèse et la visualisation à résolution atomique de ces matériaux extrêmes, ont été effectuées par les chercheurs de Warwick pour confirmer les prédictions théoriques. Non seulement les chercheurs ont-ils réussi à « construire » des fils 1D stables, mais ils ont découvert que la modification du diamètre des nanotubes entraînait des modifications des propriétés du tellure.

Le tellure se comporte normalement comme un semi-conducteur, mais lorsqu'il est injecté dans des nanotubes de carbone et confiné à une dimension, il commence à se comporter comme un métal. En outre, alors que le confinement apporté par les NTC peut induire des changements drastiques dans le comportement du tellure, les nanotubes eux-mêmes n'interagissent pas autrement avec les nanofils de tellure.

« Lorsque vous travaillez avec des matériaux à de très petites échelles comme celle-ci, le matériau d'intérêt doit généralement être déposé sur une surface, mais le problème est que ces surfaces sont normalement très réactives, " a déclaré Paulo Medeiros du laboratoire Cavendish de Cambridge, et le premier auteur de l'article. "Mais les nanotubes de carbone sont chimiquement assez inertes, ils aident donc à résoudre l'un des problèmes lorsque l'on essaie de créer des matériaux véritablement unidimensionnels.

"Toutefois, nous commençons tout juste à comprendre la physique et la chimie de ces systèmes - il y a encore beaucoup de physique de base à découvrir."