Toujours plus petits et toujours plus compacts, c'est dans cette direction que se développent les puces informatiques, entraînée par l'industrie. C'est pourquoi les matériaux dits 2-D sont considérés comme le grand espoir :ils sont aussi minces qu'un matériau peut l'être, dans les cas extrêmes, ils ne sont constitués que d'une seule couche d'atomes. Cela permet de produire de nouveaux composants électroniques aux dimensions réduites, haute vitesse et efficacité optimale.

Cependant, il y a un problème :les composants électroniques sont toujours constitués de plus d'un matériau. Les matériaux 2-D ne peuvent être utilisés efficacement que s'ils peuvent être combinés avec des systèmes de matériaux appropriés, tels que des cristaux isolants spéciaux. Si cela n'est pas pris en compte, l'avantage que les matériaux 2D sont censés offrir est annulé. Une équipe de la Faculté de génie électrique de la TU Wien (Vienne) présente maintenant ces résultats dans la revue Communication Nature .

Atteindre la fin de la ligne sur l'échelle atomique

« L'industrie des semi-conducteurs est aujourd'hui principalement basée sur le silicium et l'oxyde de silicium, " explique le professeur Tibor Grasser de l'Institut de microélectronique de la TU Wien. " Ce sont des matériaux avec de très bonnes propriétés électroniques. Pendant longtemps, des couches de plus en plus minces de ces matériaux ont été utilisées pour miniaturiser les composants électroniques. Cela a bien fonctionné pendant longtemps, mais à un moment donné, nous atteignons une limite naturelle."

Lorsque la couche de silicium n'a que quelques nanomètres d'épaisseur, de sorte qu'il ne se compose que de quelques couches atomiques, alors les propriétés électroniques du matériau se dégradent de manière très importante. "La surface d'un matériau se comporte différemment de la masse du matériau - et si l'objet entier n'est pratiquement composé que de surfaces et n'a plus de masse du tout, il peut avoir des propriétés matérielles complètement différentes."

Par conséquent, il faut passer à d'autres matériaux pour créer des composants électroniques ultra-fins. Et c'est là que les matériaux dits 2-D entrent en jeu :ils combinent d'excellentes propriétés électroniques avec une épaisseur minimale.

Les couches minces ont besoin d'isolants minces

"Comme il s'avère, cependant, ces matériaux 2-D ne sont que la première moitié de l'histoire, " explique Tibor Grasser. " Les matériaux doivent être placés sur le substrat approprié, et une couche d'isolant est également nécessaire par-dessus - et cet isolant doit également être extrêmement fin et de très bonne qualité, sinon, vous n'avez rien gagné avec les matériaux 2-D. C'est comme conduire une Ferrari sur un terrain boueux et se demander pourquoi on n'établit pas de record de vitesse."

Une équipe de la TU Wien autour de Tibor Grasser et Yury Illarionov a donc analysé comment résoudre ce problème. "Dioxyde de silicone, qui est normalement utilisé dans l'industrie comme isolant, ne convient pas dans ce cas, " dit Tibor Grasser. " Il a une surface très désordonnée et beaucoup libre, liaisons insaturées qui interfèrent avec les propriétés électroniques du matériau 2D."

Il vaut mieux rechercher une structure bien ordonnée :l'équipe a déjà obtenu d'excellents résultats avec les fluorures, une classe spéciale de cristaux. Un prototype de transistor avec un isolant en fluorure de calcium a déjà fourni des données convaincantes, et d'autres matériaux sont encore en cours d'analyse.

"De nouveaux matériaux 2D sont en cours de découverte. C'est bien, mais avec nos résultats, nous voulons montrer que cela ne suffit pas, " précise Tibor Grasser. " Ces nouveaux matériaux semi-conducteurs 2-D doivent également être associés à de nouveaux types d'isolants. Ce n'est qu'alors que nous pourrons vraiment réussir à produire une nouvelle génération de composants électroniques efficaces et puissants au format miniature."