Les physiciens et collègues du MIT ont conçu une nouvelle propriété dans une famille bien connue de semi-conducteurs en manipulant des feuilles ultrafines de matériaux de seulement quelques couches atomiques d'épaisseur.

Le travail est important car les nouveaux matériaux eux-mêmes pourraient avoir des applications intéressantes en informatique et plus encore. De plus, l'approche globale est générique et peut être appliquée à d'autres matériaux préexistants, élargissant également leurs applications potentielles.

Les semi-conducteurs sont des matériaux comme le silicium avec une conductivité quelque part entre les métaux, ce qui permet aux électrons de se déplacer très efficacement, et les isolants (comme le verre) qui entravent le processus. Ils sont la pierre angulaire de l'industrie informatique.

Les matériaux semi-conducteurs impliqués dans les travaux en cours sont connus sous le nom de dichalcogénures de métaux de transition (TMD). L'équipe du MIT a montré que lorsque deux feuilles simples d'un TMD, chacune d'une épaisseur de seulement quelques couches atomiques, sont empilées parallèlement l'une à l'autre, le matériau devient ferroélectrique. Dans un matériau ferroélectrique, les charges positives et négatives se dirigent spontanément vers différents côtés ou pôles. Lors de l'application d'un champ électrique externe, ces charges changent de côté, inversant la polarisation. Dans les nouveaux matériaux, tout cela se passe à température ambiante.

Les TMD sont déjà bien connus pour leurs propriétés électriques et optiques intéressantes. Les chercheurs pensent que l'interaction entre ces propriétés et la ferroélectricité nouvellement conférée pourrait conduire à une variété d'applications intéressantes.

« En peu de temps, nous avons réussi à élargir considérablement la petite mais croissante famille des ferroélectriques bidimensionnels, un type de matériau clé à la frontière des applications de la nanoélectronique et de l'intelligence artificielle », déclare Pablo Jarillo-Herrero, du Cecil et Ida Green, professeur de physique et responsable des travaux, qui ont été rapportés dans Nature Nanotechnology . Jarillo-Herrero est également affilié au laboratoire de recherche sur les matériaux du MIT.

En plus de Jarillo-Herrero, les auteurs de l'article sont Xirui Wang, un étudiant diplômé du MIT en physique; Kenji Yasuda et Yang Zhang, associés postdoctoraux au MIT ; Song Liu de l'Université de Columbia; Kenji Watanabe et Takashi Taniguchi de l'Institut national des sciences des matériaux, au Japon; James Hone de l'Université de Columbia et Liang Fu, professeur associé de physique au MIT.

Ferroélectriques ultra-minces

L'année dernière, Jarillo-Herrero et plusieurs de ses collègues ont montré que lorsque deux feuilles atomiquement minces de nitrure de bore sont empilées parallèlement l'une à l'autre, le nitrure de bore devient ferroélectrique. Dans les travaux en cours, les chercheurs ont appliqué la même technique aux TMD.

Les ferroélectriques ultra-minces comme ceux créés à partir de nitrure de bore et de TMD pourraient avoir des applications importantes, notamment un stockage de mémoire informatique beaucoup plus dense. Mais ils sont rares. Avec l'ajout des quatre nouveaux ferroélectriques TMD rapportés dans Nature Nanotechnology , tous faisant partie de la même famille de semi-conducteurs, "nous avons presque doublé le nombre de ferroélectriques ultrafins à température ambiante", déclare Xirui Wang. De plus, a-t-elle noté, la plupart des matériaux ferroélectriques sont des isolants. "Il est rare d'avoir un ferroélectrique qui soit un semi-conducteur."

Quelle est la prochaine ?

"Cela ne se limite pas au nitrure de bore et aux TMD", explique Kenji Yasuda. « Nous espérons que notre technique pourra être utilisée pour ajouter de la ferroélectricité à d'autres matériaux préexistants. Par exemple, pourrions-nous ajouter de la ferroélectricité à des matériaux magnétiques ?

Ce travail a été financé par le U.S. Department of Energy Office of Science, le Army Research Office, la Gordon and Betty Moore Foundation, la U.S. National Science Foundation, le ministère de l'Éducation, de la Culture, des Sports, de la Science et de la Technologie (MEXT) du Japon, et la Société japonaise pour la promotion de la science. + Explorer plus loin

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