Des recherches récentes de l'Université du Nebraska-Lincoln pourraient aider les futurs ingénieurs en composants numériques à en obtenir deux (ou plus) pour l'espace d'un.

Une équipe de physiciens a démontré une méthode réversible pour modifier les propriétés électroniques d'un matériau nanoscopique, ouvrant la voie à la fusion de plusieurs fonctions caractéristiques de l'électronique moderne en un seul composant.

L'approche pourrait finalement permettre à un matériau 2D de passer du traitement numérique au stockage de données aux applications déclenchées par la lumière. Cette polyvalence, à son tour, pourrait offrir aux ingénieurs des options supplémentaires pour réduire l'échelle de l'électronique en regroupant plus de fonctionnalités dans un seul appareil.

Xia Hong et ses collègues ont commencé avec une fine tranche atomique de bisulfure de molybdène, ou MoS2, un composé chimique dont les propriétés semi-conductrices ressemblent à celles du silicium préféré de l'industrie. Ils ont ensuite recouvert le MoS2 d'un polymère doté de ferroélectricité - la capacité d'inverser l'alignement de ses charges positives et négatives séparées, ou polarisation, en lui appliquant un champ électrique.

Les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient reconfigurer radicalement le comportement électronique du MoS2 en appliquant sélectivement une tension aux bornes du polymère pour dicter la direction de sa polarisation.

Lorsque l'équipe de Hong a aligné les charges positives ou négatives du polymère vers ou loin de la couche de MoS2, le courant électrique de ce dernier circulait librement dans les deux sens et correspondait à la quantité de tension appliquée. Dans cet état, le MoS2 jouait le rôle de transistor, un composant de signature du traitement numérique qui libère et supprime le courant électrique pour parler le langage binaire des 1 et des 0.

Mais lorsque l'équipe a polarisé le polymère d'une manière différente - créant deux domaines de polarisations orientées verticalement mais alignées de manière opposée - le MoS2 sous-jacent a adopté une nouvelle identité. Plutôt que d'agir comme un transistor, le MoS2 est devenu une diode, permettant au courant de circuler dans un sens mais résistant à son mouvement dans l'autre lorsqu'il est soumis à des polarités différentes mais à la même quantité de tension.

Parmi leurs nombreuses finalités, les diodes convertissent le flux bidirectionnel de courant alternatif - utilisé dans l'alimentation des maisons et d'autres structures - en une transmission unidirectionnelle de courant continu qui alimente pratiquement n'importe quelle technologie contenant une batterie. Ils résident également au cœur de nombreux dispositifs alimentés et producteurs de lumière, des cellules solaires aux écrans LED.

Le MoS2 a maintenu ses états de transistor et de diode même lorsque la tension a été supprimée, dit Hong. Cette qualité, combiné avec les exigences de basse tension de la technique et l'échelle nanoscopique, l'a amenée à la qualifier de "très prometteuse" pour des applications technologiques de faible puissance. Les propriétés mécaniques du supraconducteur mince atomique et du polymère ferroélectrique, elle a dit, pourrait s'avérer particulièrement adapté au type d'électronique flexible que l'on trouve dans la technologie portable.

"Ce n'est pas seulement une amélioration des performances, " dit Hong, professeur agrégé de physique et d'astronomie. « Il s'agit vraiment de (sur) la création d'un nouveau type d'appareil multifonctionnel. »

Hong a déclaré que la réversibilité de l'approche pourrait la rendre préférable au processus de traitement des semi-conducteurs vieux de plusieurs décennies connu sous le nom de dopage, une technique à base chimique qui verrouille efficacement une conception de semi-conducteur dans une fonction ou une autre.

"Ce qui est bien avec cette approche, c'est que nous ne changeons rien chimiquement, " dit Hong. "Ce que nous faisons ici, c'est reprogrammer la fonction électriquement."

Après avoir démontré la nouvelle technique avec un polymère ferroélectrique, Hong et ses collègues explorent maintenant l'utilisation de composés appelés oxydes, qui résistent mieux à la chaleur produite par de nombreux appareils électroniques.

L'équipe de Hong a détaillé sa nouvelle technique dans le journal Lettres d'examen physique .