Les scientifiques de la TU Delft ont franchi une étape importante dans l'application de ces matériaux :ils peuvent désormais mesurer d'importantes propriétés thermiques des membranes de silicium ultrafines. Un avantage majeur de leur méthode est qu'aucun contact physique ne doit être établi avec la membrane, ce qui permet de mesurer des propriétés parfaites et aucune fabrication complexe n'est requise.

Les résultats sont publiés dans la revue APL Materials .

"Les membranes extrêmement fines ont des propriétés très différentes de celles des matériaux que nous voyons autour de nous. Par exemple, le graphène est plus résistant que l'acier mais extrêmement flexible", explique Gerard Verbiest, chercheur à la TU Delft. "Ce sont des propriétés qui rendent ces matériaux très adaptés à une utilisation dans les capteurs, à condition que ces propriétés soient correctement comprises."

Comme pour de nombreux appareils électroniques, la conduction thermique constitue un défi de taille pour obtenir les meilleures performances. Cela permet de déterminer dans quelle mesure un matériau répondra à certaines charges qu'une puce ou un capteur doit supporter. La conduction thermique en deux dimensions est fondamentalement différente de celle en trois dimensions.

En conséquence, les propriétés thermiques des matériaux 2D présentent un grand intérêt, tant du point de vue scientifique qu’applicatif. Cependant, peu de techniques sont disponibles pour déterminer avec précision ces propriétés dans les membranes ultrafines en suspension.

Les chercheurs ont utilisé une méthodologie optomécanique pour extraire le coefficient de dilatation thermique, la chaleur spécifique et la conductivité thermique de membranes ultrafines constituées de 2H-TaS₂ , FePS₃ , silicium polycristallin, MoS₂ , et WSe₂ . Il s'agissait de piloter une membrane suspendue à l'aide d'un laser à puissance modulée et de mesurer sa déviation en fonction du temps avec un deuxième laser. De cette façon, la fréquence de résonance mécanique fondamentale de la membrane, dépendante de la température, ainsi que la constante de temps thermique caractéristique à laquelle la membrane refroidit sont mesurées.

La collaboration entre la science et l'industrie est cruciale pour le développement de cette technologie. Verbiest déclare :« En mesurant de fines membranes de silicium dans ce projet, nous avons montré la technique que nous avons développée à Delft pour travailler sur des matériaux pertinents pour l'industrie des semi-conducteurs. Cela donne un coup de pouce supplémentaire à la recherche, car les connaissances acquises peuvent alors conduire immédiatement à une future application industrielle. , ce qui est important pour les Pays-Bas et constitue une motivation importante pour de telles recherches."

Les propriétés thermiques obtenues sont en bon accord avec les valeurs rapportées dans la littérature pour les mêmes matériaux. Cette recherche propose une méthode optomécanique pour déterminer les propriétés thermiques des membranes suspendues ultrafines, difficiles à mesurer autrement. Il ouvre la voie à l'amélioration de notre compréhension du transport de chaleur dans la limite 2D et facilite l'ingénierie de structures 2D avec une performance thermique dédiée.