Le germanène est un matériau 2-D dérivé du germanium et apparenté au graphène. Comme il n'est pas stable en dehors des chambres à vide dans lesquelles il est produit, aucune mesure réelle de ses propriétés électroniques n'a été effectuée. Des scientifiques dirigés par le professeur Justin Ye de l'Université de Groningue ont maintenant produit des appareils avec du germanène stable. Le matériau est un isolant, et il devient un semi-conducteur après un chauffage modéré et un très bon conducteur métallique après un chauffage plus fort. Les résultats ont été publiés dans la revue Lettres nano .

Les matériaux d'une seule couche atomique présentent un intérêt pour la construction de nouveaux types de microélectronique. Le plus connu d'entre eux, graphène, est un excellent chef d'orchestre. Des matériaux comme le silicium et le germanium pourraient également être intéressants, car ils sont entièrement compatibles avec des protocoles bien établis pour la fabrication de dispositifs, et pourrait être intégré de manière transparente dans la technologie actuelle des semi-conducteurs.

"Mais la version 2D du germanium, germanène, est très instable, " explique Justin Ye, professeur agrégé de physique des appareils à l'Université de Groningue. Le germanène est fabriqué à partir de germanium en ajoutant du calcium. Les ions calcium créent des couches 2D à partir d'un cristal 3D et sont ensuite remplacés par de l'hydrogène. Ces couches 2D de germanium et l'hydrogène sont appelés germanane.Mais une fois que l'hydrogène est éliminé pour former le germanène, le matériau devient instable.

Ye et ses collègues ont résolu ce problème d'une manière remarquablement simple. Ils ont fabriqué des appareils avec le germanane stable, puis chauffé le matériau pour éliminer l'hydrogène. Cela a abouti à des appareils stables avec du germanène, qui a permis aux scientifiques d'étudier ses propriétés électroniques.

Hydrogène

« Le matériau initial était un isolant, " dit Ye. Un doctorant de son groupe a chauffé ces appareils, qui est une méthode éprouvée pour augmenter la conductivité. Il a noté que le matériau est devenu très conducteur, et sa résistance était juste un ordre de grandeur au-dessus de celle du graphène. "C'est donc devenu un excellent conducteur métallique." D'autres expériences ont montré qu'un chauffage modéré (jusqu'à 200 °C) produisait du germanane semi-conducteur.

Germanene peut, donc, être un isolant, un semi-conducteur ou un conducteur métallique, selon le traitement thermique avec lequel il est traité. Il reste stable après avoir été refroidi à température ambiante. Le chauffage provoque l'amincissement des flocons multicouches de germanène, ce qui confirme que le changement de conductivité est très probablement causé par la disparition de l'hydrogène.

Le germanène pourrait être intéressant dans la construction de dispositifs spintroniques. Ces dispositifs utilisent un courant de spins électroniques. C'est une propriété de la mécanique quantique des électrons, qui peut être mieux imaginé comme des électrons tournant autour de leur propre axe, les obligeant à se comporter comme de petites aiguilles de boussole. Le graphène est un excellent conducteur de spins électroniques, mais il est difficile de contrôler les spins dans ce matériau en raison de leur faible interaction avec les atomes de carbone (couplage spin-orbite).

"Les atomes de germanium sont plus lourds, ce qui signifie qu'il y a un couplage spin-orbite plus fort, " dit Ye. Cela permettrait un meilleur contrôle des spins. Être capable de construire du germanène métallique avec à la fois une excellente conductivité et un fort couplage spin-orbite devrait donc ouvrir la voie aux dispositifs spintroniques.