Des nanoscientifiques de la Northwestern University ont développé un plan pour fabriquer de nouvelles hétérostructures à partir de différents types de matériaux 2D. Les matériaux 2D sont des couches d'atomes uniques qui peuvent être empilées comme des « blocs de construction nano-interverrouillés ». Les scientifiques et les physiciens des matériaux sont enthousiasmés par les propriétés des matériaux 2D et leurs applications potentielles. Les chercheurs décrivent leur plan dans le Journal de physique appliquée .

« Nous avons décrit une méthode simple, moyen déterministe et facilement déployable pour empiler et assembler ces couches individuelles dans des ordres inconnus de la nature, " a déclaré Jeffrey Cain, un auteur de l'article qui était auparavant à l'Université Northwestern mais est maintenant au Lawrence Berkeley National Laboratory et à l'Université de Californie.

Cain a expliqué que pour les nanoscientifiques, « le rêve » consiste à combiner des matériaux 2D dans n'importe quel ordre et à rassembler une bibliothèque de ces hétérostructures avec leurs propriétés documentées. Les scientifiques peuvent ensuite sélectionner les hétérostructures appropriées dans la bibliothèque pour leurs applications souhaitées. Par exemple, l'industrie informatique essaie de rendre les transistors plus petits et plus rapides pour augmenter la puissance de calcul. Un semi-conducteur à l'échelle nanométrique doté de propriétés électroniques favorables pourrait être utilisé pour fabriquer des transistors dans les ordinateurs de la prochaine génération.

Jusque là, les nanoscientifiques ont manqué de méthodes claires pour fabriquer des hétérostructures, et n'ont pas encore pu développer cette bibliothèque. Dans ce travail, les scientifiques ont cherché à résoudre ces problèmes de fabrication. Après avoir identifié les tendances de la littérature, ils ont testé différentes conditions pour cartographier les différents paramètres nécessaires à la croissance d'hétérostructures spécifiques à partir de quatre types de matériaux 2D :le bisulfure de molybdène et le diséléniure, et le disulfure et le diséléniure de tungstène. Pour caractériser pleinement les produits finaux atomiquement minces, les scientifiques ont utilisé des techniques de microscopie et de spectrométrie.

Le groupe s'est inspiré de la science des diagrammes de transformation temps-température dans les matériaux classiques, qui cartographie les profils de chauffage et de refroidissement pour générer des microstructures métalliques précises. Sur la base de cette méthode, les chercheurs ont regroupé leurs découvertes dans une technique schématique :le diagramme temps-température-architecture.

"Les gens avaient déjà écrit des articles pour des morphologies spécifiques, mais nous avons tout unifié et permis la génération de ces morphologies avec une seule technique, " dit Caïn.

Les diagrammes temps-température-architecture unifiés fournissent des indications pour les conditions exactes requises pour générer de nombreuses morphologies et compositions d'hétérostructures. A l'aide de ces schémas, les chercheurs ont développé une bibliothèque unique de nanostructures avec des propriétés physiques d'intérêt pour les physiciens et les scientifiques des matériaux. Les scientifiques de la Northwestern University examinent maintenant les comportements affichés par certains matériaux dans leur bibliothèque, comme le flux d'électrons à travers les jonctions cousues entre les matériaux.

Les chercheurs espèrent que leur conception de plan sera utile pour la fabrication d'hétérostructures au-delà des quatre premiers matériaux. "Nos diagrammes spécifiques auraient besoin de révisions dans le contexte de chaque nouveau matériau, mais nous pensons que cette idée est applicable et extensible à d'autres systèmes matériels, " dit Caïn.