La déformation des matériaux 2D favorise la création de nouveaux appareils électroniques
Avec ses caractéristiques électroniques, mécaniques et optiques, le graphène est un matériau 2D exceptionnel et l'une des membranes élastiques naturelles les plus fines. Plus particulièrement, ce matériau magique s'avère un excellent candidat pour le secteur nano-électromécanique; des capteurs composés de membranes de graphène suspendues représentent les résonateurs mécaniques les plus minces. Les chercheurs du projet STRENGTHNANO (Strain engineering of atomically-thin nanomembrane-based electromechanical devices) ont étudié la possibilité de mettre au point des applications en straintronique à l'aide de graphène et d'autres matériaux 2D dont les propriétés sont radicalement différentes de celles du graphène. La straintronique est un secteur particulièrement prometteur lorsqu'il s'agit de doter certains appareils de fonctions ne pouvant être obtenues à l'aide de semi-conducteurs 3D. Le comportement de ces périphériques peut être manipulé en introduisant des déformations mécaniques dans les semi-conducteurs 2D, ce qui permet d'obtenir des appareils dotés de propriétés électroniques et optiques utiles. L'équipe de chercheurs a démontré que l'application d'une pression non uniforme sur le graphène et le bisulfure de molybdène (MoS2) entraînait un comportement différent des électrons. Ce phénomène a été utilisé pour modifier les propriétés électroniques et optiques, ainsi que pour contrôler la dynamique excitonique de ces semi-conducteurs 2D. Ces conclusions montrent que l'étude de ces déformations peut augmenter les performances de l'appareil en en sublimant les propriétés mécaniques et électroniques. Les chercheurs ont ainsi inventé des techniques permettant de fabriquer des nanostructures multicouches suspendues en graphène et en MoS2. La courbure de substrats souples et le plissement des semi-conducteurs figurent parmi les différentes méthodes utilisées pour induire la déformation. Dans le cadre du projet, des résonateurs mécaniques ont également été mis au point sur la base de graphène à plusieurs couches dont les propriétés électromécaniques sont réglables. De plus, leurs vibrations peuvent faire l'objet d'un relevé. Par ailleurs, l'équipe a fait la démonstration de résonateurs mécaniques présentant une seule couche de MoS2 et offrant une lecture optique des oscillations. La modification des propriétés électroniques grâce à la déformation (straintronique) représente un domaine particulièrement important pour l'étude des matériaux en deux dimensions. Les travaux de recherche menés dans le cadre du projet STRENGTHNANO pourraient procurer à l'Europe un avantage considérable lors de la conception des véhicules de nouvelle génération. Les activités et les résultats du projet ont fait l'objet de nombreuses publications dans des revues spécialisées.
Mots‑clés
Matériau 2D, dispositifs électroniques, graphène, molybdène, électromécanique, straintronique
