Les matériaux bidimensionnels (2D) sont une classe de matériaux dont l'épaisseur n'est que de quelques atomes. Ils ont suscité beaucoup d’intérêt ces dernières années en raison de leurs propriétés électroniques uniques, qui en font des candidats prometteurs pour les dispositifs nanoélectroniques de nouvelle génération.
L’une des propriétés les plus importantes des matériaux 2D est leur grande mobilité des porteurs. Cela signifie que les électrons peuvent les traverser très rapidement, ce qui est essentiel pour les appareils électroniques hautes performances. De plus, les matériaux 2D sont également très fins, ce qui leur permet d’être intégrés dans des appareils aux facteurs de forme plus petits.
Certains des matériaux 2D les plus prometteurs pour la nanoélectronique comprennent :
* Graphène : Le graphène est une feuille monocouche d'atomes de carbone. C’est le matériau le plus fin, le plus résistant et le plus conducteur connu. Il a été démontré que le graphène possède une excellente mobilité des porteurs et est à l'étude pour une utilisation dans divers appareils électroniques, notamment les transistors, les cellules solaires et les batteries.
* Dichalcogénures de métaux de transition (TMD) : Les TMD sont une classe de matériaux constitués de couches d’atomes de métaux de transition et d’atomes de chalcogène. Les TMD possèdent une large gamme de propriétés électroniques, en fonction des matériaux spécifiques utilisés. Certains TMD sont des semi-conducteurs, tandis que d'autres sont des métaux ou des isolants. Les TMD sont à l'étude pour être utilisés dans divers appareils électroniques, notamment les transistors, les diodes électroluminescentes (DEL) et les photodétecteurs.
* Isolateurs topologiques : Les isolants topologiques sont une classe de matériaux possédant une structure de bande unique qui entraîne l’émergence d’états de surface conducteurs. Ces états de surface sont protégés de la diffusion par les impuretés et les défauts, ce qui rend les isolants topologiques très prometteurs pour une utilisation dans les dispositifs électroniques hautes performances. Les isolants topologiques sont étudiés pour être utilisés dans divers dispositifs électroniques, notamment les transistors, les dispositifs spintroniques et les dispositifs informatiques quantiques.
Les matériaux 2D en sont encore aux premiers stades de développement, mais ils ont le potentiel de révolutionner le domaine de la nanoélectronique. Leurs propriétés électroniques uniques en font des candidats idéaux pour les dispositifs nanoélectroniques de nouvelle génération, plus petits, plus rapides et plus économes en énergie que les dispositifs actuels.
Si les matériaux 2D présentent un grand potentiel d’utilisation en nanoélectronique, un certain nombre de défis doivent également être surmontés avant de pouvoir être utilisés dans des dispositifs commerciaux.
L’un des défis réside dans le fait que les matériaux 2D sont souvent très difficiles à synthétiser. En effet, ils sont si fins qu’ils peuvent facilement être endommagés ou contaminés. Un autre défi réside dans le fait que les matériaux 2D ne sont souvent pas très stables. Cela signifie qu’ils peuvent facilement se dégrader ou s’oxyder lorsqu’ils sont exposés à l’air ou à l’humidité.
Enfin, les matériaux 2D sont souvent très difficiles à intégrer dans les appareils. En effet, ils sont si fins qu’ils peuvent facilement être endommagés ou délaminés.
Malgré ces défis, les chercheurs progressent pour les surmonter. À mesure que le domaine des matériaux 2D continue de se développer, nous pouvons nous attendre à voir ces matériaux être utilisés à l’avenir dans une plus grande variété de dispositifs nanoélectroniques.
Les matériaux bidimensionnels ont le potentiel de révolutionner le domaine de la nanoélectronique. Leurs propriétés électroniques uniques en font des candidats idéaux pour les dispositifs nanoélectroniques de nouvelle génération, plus petits, plus rapides et plus économes en énergie que les dispositifs actuels. Cependant, un certain nombre de défis doivent être surmontés avant que les matériaux 2D puissent être utilisés dans des appareils commerciaux. À mesure que le domaine des matériaux 2D continue de se développer, nous pouvons nous attendre à voir ces matériaux être utilisés à l’avenir dans une plus grande variété de dispositifs nanoélectroniques.
