Phosphore noir, un composé bidimensionnel (2-D) inhabituel, peut offrir des stratégies pour éviter d'endommager les points chauds dans les circuits nanométriques, une nouvelle étude des chercheurs d'A*STAR a révélé.

Alors que les atomes de carbone dans les films de graphène reposent parfaitement à plat sur une surface, le phosphorène noir a une forme ridée distincte en raison des préférences de liaison de ses atomes de phosphore. Les recherches suggèrent que la structure en zigzag de ce film 2D lui permet de se comporter différemment dans différentes orientations :il peut transporter des électrons lentement le long d'un axe, par exemple, mais rapidement dans la direction perpendiculaire.

Xiangjun Liu, de l'A*STAR Institute of High Performance Computing note que les capacités du phosphorène noir vont au-delà de l'électronique à grande vitesse. "Il a optique, mécanique, et des propriétés thermiques qui présentent toutes une dépendance directionnelle, " dit-il. " Cela provient de la structure plissée unique, ce qui m'a vraiment impressionné quand je l'ai vu pour la première fois."

Les chercheurs pensent qu'un excès de chaleur pourrait être extrait de circuits à l'échelle nanométrique à l'aide de phonons contrôlés avec précision – des « quanta » ou paquets d'énergie vibratoire – présents dans les composants du phosphorène noir.

Liu et ses collègues ont concentré leur étude sur un problème structurel important qui peut affecter la conductivité thermique du phosphorène :les structures atomiques sur les bords du film 2D. Les chercheurs ont prédit que le phosphorène peut avoir un bord dimère formé par le couplage de deux atomes terminaux, ou un bord en forme de tube énergétiquement stable créé par une liaison multi-atome.

Pour comprendre l'impact des différentes structures de bord sur la conductivité thermique, l'équipe A*STAR a utilisé des algorithmes informatiques qui simulent le transfert de phonons à travers un gradient de température. Ils ont modélisé les films de phosphorène comme étant étroits, nanorubans rectangulaires et a observé que la conductivité thermique était généralement uniforme dans les nanorubans vierges. Les modèles dimères et à tubes, d'autre part, préféré diriger la chaleur vers les régions centrales loin des bords.

D'autres calculs ont révélé que les modèles à bords tubulaires produisaient des excitations de phonons différentes des autres structures de phosphorène - ils présentaient un nouveau type de mouvement de torsion, ainsi que des expansions et contractions géométriques appelées modes de respiration. Ces mouvements supplémentaires, explique Liu, sont probablement la raison pour laquelle les bords des tubes fonctionnent si bien pour diffuser les vibrations thermiques et rester froids.

Normalement, Les matériaux 2-D ont une capacité réduite à diffuser la chaleur lorsqu'ils sont tendus latéralement. Nanorubans à terminaison tubulaire, cependant, ont une conductivité thermique presque constante sous contrainte, une propriété qui peut être utile dans la future technologie portable.

"Le comportement thermique indépendant de la contrainte pourrait profiter aux appareils qui ont besoin de performances stables tout en étant tendus ou tordus, " dit Liu. " Le phosphorène a un grand potentiel pour les applications de l'électronique souple et flexible. "