L'assemblage de différents types de matériaux peut conduire à toutes sortes de percées. C'est une compétence essentielle qui a permis aux humains de tout fabriquer, des gratte-ciel (en renforçant le béton avec de l'acier) aux cellules solaires (en superposant des matériaux pour rassembler des électrons).

En électronique, l'assemblage de différents matériaux produit des hétérojonctions - les composants les plus fondamentaux des cellules solaires, LED et puces informatiques. Plus la couture entre deux matériaux est lisse, plus les électrons le traversent facilement, ce qui est essentiel pour le bon fonctionnement des appareils électroniques. Mais ils sont constitués de cristaux - des réseaux rigides d'atomes - et ils n'apprécient pas d'être écrasés ensemble.

Dans une étude publiée le 8 mars dans Science , Des scientifiques de l'Université Cornell et de l'Université de Chicago ont révélé une technique pour "coudre" deux patchs de cristaux ensemble de manière transparente pour créer des tissus atomiquement minces.

L'équipe a voulu le faire en cousant différents tissus, cristaux de trois atomes d'épaisseur. « Habituellement, ceux-ci sont cultivés par étapes dans des conditions très différentes ; cultivez d'abord un matériau, arrêter la croissance, changer l'état, et recommencez pour faire pousser un autre matériau, " dit Jiwoong Park, professeur de chimie à l'Université de Chicago, et un auteur principal de l'étude.

Les matériaux monocouches résultants sont les plus parfaitement alignés jamais cultivés, selon les chercheurs. La transition plus douce signifie qu'aux points de rencontre des deux réseaux, un treillis s'étire ou grandit pour rencontrer l'autre - au lieu de laisser des trous ou d'autres défauts.

« Si vous considérez les matériaux comme deux types de tissus différents, avec deux nombres de fils différents, où chaque rangée d'atomes représente un fil, alors nous essayons de les joindre fil à fil sans fils lâches, " a déclaré David A. Muller, Cornell professeur de physique appliquée et d'ingénierie et co-directeur de l'Institut Kavli à Cornell pour la science à l'échelle nanométrique, et un auteur principal de l'étude. "En utilisant un nouveau type de détecteur d'électrons - essentiellement un détecteur ultra-rapide, caméra super sensible - nous avons pu mesurer l'étirement des matériaux à partir de leur jonction à l'échelle atomique jusqu'à la façon dont la feuille entière s'assemblait, et le faire avec une précision meilleure qu'un tiers d'un pour cent de la distance entre les atomes."

Les coutures atomiques sont si serrées, le microscope a révélé que le plus gros des deux matériaux se plissait un peu autour de l'articulation.

"La formation d'ondulations dans ces matériaux 2-D tendus nous a fourni un terrain fertile pour explorer comment les modèles macroscopiques pour l'énergie élastique peuvent être combinés avec des théories microscopiques pour les fortes interactions sous-jacentes de van der Waals, " a déclaré Robert A. DiStasio Jr., professeur adjoint au département de chimie et de biologie chimique de Cornell au Collège des arts et des sciences, et l'un des auteurs principaux de l'article.

Ils ont décidé de tester ses performances dans l'un des appareils électroniques les plus utilisés :une diode. Deux types de matériaux sont joints, et les électrons sont censés pouvoir circuler dans un sens à travers le "tissu, " mais pas l'autre.

La diode s'est allumée. "C'était excitant de voir ces LED de trois atomes d'épaisseur briller. Nous avons vu d'excellentes performances - les plus connues pour ces types de matériaux, " dit Saien Xie, un étudiant diplômé de Cornell en ingénierie et premier auteur de l'article.

La découverte ouvre quelques idées intéressantes pour l'électronique. Les dispositifs tels que les LED sont actuellement empilés en couches - 3-D contre 2-D - et sont généralement sur une surface rigide. Mais la nouvelle technique pourrait permettre de nouvelles configurations, comme les LED flexibles ou les circuits 2-D d'une épaisseur d'atomes qui fonctionnent horizontalement et latéralement.

Park a noté que l'étirement et la compression ont changé la couleur des cristaux en raison des effets de la mécanique quantique. Cela suggère un potentiel pour les capteurs de lumière et les LED qui pourraient être réglés sur différentes couleurs, par exemple, ou des tissus à détection de tension qui changent de couleur au fur et à mesure qu'ils sont étirés.

"C'est tellement inconnu que nous ne connaissons même pas encore toutes les possibilités qu'il recèle, " Park a déclaré. "Même il y a deux ans, cela aurait été inimaginable."