Nanofils de tellurure d'étain nanomoulés dans un moule en oxyde d'aluminium anodique. Crédit :N. Liu, Y. Xie, G. Liu, S. Sohn, A. Raj, G. Han, B. Wu, J. J. Cha, Z. Liu et J. Schroers, Phys. Rév. Lett. 124, 036102 (2020); M.T. Kiani, J.J. Cha, APL Materials 10, 080904 (2022).
Le nanomoulage de nanofils topologiques pourrait accélérer la découverte de nouveaux matériaux pour des applications telles que l'informatique quantique, la microélectronique et les catalyseurs d'énergie propre, selon un article co-écrit par Judy Cha, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à Cornell.
Les matériaux topologiques sont appréciés pour leur capacité unique à posséder différentes propriétés au niveau de leurs surfaces et de leurs bords, et ces propriétés de surface peuvent être améliorées en concevant les matériaux à l'échelle nanométrique. Le défi pour les scientifiques est que les méthodes traditionnelles de fabrication de nanofils sont lentes et n'offrent pas un haut niveau de précision.
"Les théoriciens ont prédit qu'environ un quart de tous les cristaux inorganiques connus pourraient être topologiques", a déclaré Cha. "Nous parlons de dizaines de milliers de composés, donc la méthode conventionnelle de fabrication de ces cristaux est tout simplement incompatible en termes de criblage pour rechercher des matériaux topologiques de test pour des applications spécifiques."
Mais le nanomoulage, dans lequel une matière première polycristalline en vrac est pressée dans un moule nanostructuré à une température élevée pour former des nanofils, pourrait fournir une solution. Écrire dans Matériel APL , Cha et l'associé postdoctoral Mehrdad Kiani expliquent que le nanomoulage offre plusieurs avantages par rapport aux méthodes de synthèse existantes pour les matériaux à l'échelle nanométrique.
"Contrairement aux méthodes de fabrication descendantes et ascendantes traditionnelles, le nanomoulage nécessite une optimisation minimale des paramètres expérimentaux et peut fonctionner sur une grande variété de composés topologiques, permettant ainsi la fabrication à haut débit de nanofils topologiques. Les nanofils fabriqués sont monocristallins et sans défaut. et peuvent avoir des rapports hauteur/largeur supérieurs à 1 000", écrivent Cha et Kiani.
Le nanomoulage était auparavant utilisé pour les systèmes de matériaux métalliques, mais Cha et son groupe de recherche sont l'un des premiers à étendre son application aux matériaux topologiques. Et même si, en principe, le nanomoulage fournit toutes les caractéristiques recherchées dans un nanofil topologique, on ne comprend toujours pas exactement comment et pourquoi la méthode est si réussie - une lacune dans les connaissances que le groupe Cha s'efforce de combler.
Les projets de recherche actuels du groupe Cha comprennent la mesure des propriétés électriques des nanofils topologiques nanomoulés pour les comparer aux nanofils produits avec d'autres techniques, et l'étude de la diffusion atomique et des mouvements mécaniques des atomes pendant le processus de moulage. Cha accueille également des collaborateurs intéressés par les versions nanofilaires des composés qu'ils recherchent.
La recherche a également été présentée dans AIP Scilight . Nanofabrication par nanomoulage thermomécanique
