Des scientifiques de l'EPFL ont mis au point une méthode permettant de modifier en permanence les propriétés physiques des matériaux 2D à l'aide d'une pointe nanométrique. Leur approche, qui consiste à déformer les matériaux, ouvre la voie à l'utilisation de ces matériaux dans des dispositifs électroniques et optoélectroniques.

Les matériaux ont tous leur propre ensemble de propriétés :ils peuvent être isolants, semi-conducteur, métallique, transparent ou souple, par exemple. Certains combinent plusieurs propriétés très utiles, ce qui est le cas pour les matériaux 2-D. Composé d'une ou de quelques couches d'atomes, ces matériaux sont très prometteurs pour la fabrication de dispositifs électroniques et optoélectroniques de nouvelle génération.

« Dans notre domaine, le silicium est toujours roi. Mais il atteint ses limites pour certains appareils électroniques, comme ceux qui doivent être flexibles ou transparents. Les matériaux 2-D pourraient être une alternative viable, " dit Jürgen Brugger, le professeur qui dirige le Laboratoire de microsystèmes 1 à l'École d'ingénieurs de l'EPFL.

Personnalisation des propriétés pour des applications spécifiques

Avant de pouvoir utiliser des matériaux 2D, ils doivent être structurés, ce qui signifie les couper à la bonne taille et à la bonne forme pour l'application donnée. Leurs propriétés physiques (telles que la bande interdite) doivent également être ajustées, à la fois dans tout le matériel et à des endroits spécifiques. Scientifiques du Laboratoire de microsystèmes 1, en collaboration avec l'ETH Zurich et IBM, ont développé une nouvelle méthode pour modifier les propriétés de ces matériaux.

Déformer les matériaux avec une pointe nanométrique

L'équipe de recherche a utilisé la lithographie par sonde à balayage thermique (t-SPL), qui consiste à placer une pointe nanométrique chauffée sur le matériau et à exercer une pression pour créer la forme souhaitée - dans ce cas, ondulée, tout en contrôlant soigneusement la force et la température. "Plusieurs méthodes existent déjà pour déformer les matériaux 2D globalement et localement. Mais notre approche thermo-mécanique peut créer des déformations plus importantes et donc produire des variations plus importantes dans les propriétés physiques d'un matériau, " dit Ana Condé-Rubio, scientifique au laboratoire de l'EPFL. Plus précisement, la nouvelle méthode peut modifier l'écart énergétique entre la bande de valence et la bande de conduction, altérant par conséquent les propriétés électroniques et optiques du matériau. Et ce changement de bande interdite peut être effectué localement avec une résolution spatiale jusqu'à 20 nanomètres.

Un seul outil pour couper et modifier les matériaux 2D

Les scientifiques avaient déjà développé une méthode de découpe de matériaux 2D avec une grande précision. Maintenant, leur objectif est de combiner cette méthode avec cette nouvelle façon de changer les propriétés du matériau. "En utilisant le même outil, le t-SPL, nous pourrons fabriquer des appareils avec la forme souhaitée, dimensions et propriétés physiques, avec une résolution jusqu'à l'échelle de 10 nanomètres", explique Xia Liu, un autre scientifique du laboratoire de Brugger. Les conclusions de l'équipe ont été publiées dans Lettres nano .

Leurs travaux font partie d'un projet de recherche plus vaste visant à développer de nouveaux procédés de fabrication et de modification de matériaux polymères pour les appareils portables et implantables. L'objectif est de permettre la transition de la production à l'échelle du laboratoire à la production à l'échelle industrielle d'appareils de nouvelle génération.