L'ingénierie des contraintes fait généralement référence à une sorte de technologie de traitement des matériaux qui vise à réguler les propriétés des matériaux ou à optimiser les performances des dispositifs associés par des contraintes inhérentes ou externes. Dans les années récentes, avec le développement de matériaux 2D, la recherche autour de l'ingénierie des déformations des matériaux 2-D (dichalcogénures de métaux de transition [TMDC], graphène, etc.) a beaucoup retenu l'attention. Par rapport à l'ingénierie des contraintes des matériaux en vrac traditionnels, l'épaisseur atomique des matériaux 2D les rend plus aptes à servir de plate-forme pour la recherche en ingénierie des contraintes et établit un pont entre l'ingénierie des contraintes et la nanophotonique. D'où, ils sont dignes d'attention à de nombreux points de vue, de la physique fondamentale aux applications pratiques.

Dans un nouvel article publié dans Lumière :science et applications , une équipe de scientifiques, dirigé par le docteur Dangyuan Lei du Département des sciences et de l'ingénierie des matériaux, Université de la ville de Hong Kong, Chine, et des collègues ont écrit un article de synthèse pour résumer de manière exhaustive les développements récents dans ce domaine en plein essor. Dans cet article de synthèse, la théorie traditionnelle des champs de déformations macroscopiques est introduite en premier. Puis, les changements de structure de bande des semi-conducteurs 2-D contraints (TMDC) et du graphène contraint sont discutés, tandis que les réponses optiques observées sous différents types de champs de contrainte sont passées en revue. Ensuite, cet article résume les techniques d'ingénierie des contraintes qui peuvent appliquer différents types de contraintes à des matériaux 2D spécifiques. A la fin de cet article, les diverses applications dans les dispositifs optiques, l'optoélectronique et d'autres applications photoniques sont présentées, et les problèmes existants dans ce domaine et leur développement futur sont prospectés, respectivement.

L'ingénierie traditionnelle des contraintes se concentre principalement sur le silicium, germanium et autres matériaux en vrac 3-D, qui manquent généralement d'une résistance élevée à la rupture en raison de leurs propriétés intrinsèques en 3D. Matériaux 2D nouvellement développés avec une épaisseur atomique (tels que le graphène, TMDCs) sont maintenant entrés sur le terrain. Leur ingénierie des souches a été largement étudiée à la fois dans la communauté scientifique et dans la société industrielle. Par rapport aux matériaux 3-D traditionnels, les caractéristiques 2D des matériaux 2D leur confèrent des caractéristiques tout à fait différentes et nouvelles, rendant leur ingénierie des souches plus attrayante. Ces scientifiques résument les propriétés uniques des matériaux 2D :

« Sur la base des trois points suivants, nous pensons que les matériaux 2-D sont une plate-forme parfaite pour l'ingénierie des déformations :(1) les matériaux 2-D ont de meilleures propriétés mécaniques (capacité de déformation), ce qui signifie qu'ils peuvent supporter une contrainte plus importante avant la rupture par rapport aux matériaux en vrac ; (2) les matériaux 2-D ont de meilleures propriétés optiques en raison de leurs forts effets excitons, ce qui profite à leurs applications ultérieures dans les dispositifs photoniques ; et (3) les matériaux 2-D ont des modèles de déformation plus variables. Leurs propriétés d'épaisseur atomique leur permettent d'obtenir des déformations hors plan, ce qui est presque impossible dans les matériaux en vrac 3D, permettant aux matériaux 2-D de posséder plus de modèles de déformation, telles que les déformations uniaxiales et biaxiales dans le plan, ride, plier, et une déformation localisée non uniforme."

"Les types de contraintes appliquées étant variés, les changements de propriétés électriques et optiques sont différents. En général, nous pouvons observer les spectres PL décalés vers le rouge (décalés vers le bleu) à partir des TMDC 2-D contraints en traction (compression). De la même manière, nous pouvons observer le décalage et la division des spectres Raman à partir du graphène contraint. Outre, de nombreuses nouvelles réponses optiques, comme l'effet « entonnoir », émission monophotonique et génération de deuxième harmonique accordable, émergent sous une certaine distribution de contrainte spéciale. » ils ont ajouté.

« Il existe différentes technologies pour appliquer des contraintes aux matériaux 2D. En fonction du type de contrainte induite, nous les classons généralement en trois catégories, à savoir, les technologies de déformation uniaxiale, technologies de déformation biaxiale et technologies de déformation locale. Nous devrions accorder plus d'attention aux technologies de souches locales. Ils offrent en fait une nouvelle façon de contrôler les photons dans une zone ultra-petite. En conclusion, la flexibilité et les propriétés optiques des matériaux 2D (par rapport à leurs homologues volumineux) ouvrent la porte au développement de nouvelles applications photoniques potentiellement importantes par ingénierie des contraintes, " concluent les scientifiques.