Les Matériaux Quantiques coupés plus près que jamais
Les chercheurs du DTU et de Graphene Front runner ont poussé l’art de modeler les nanomatériaux au degré suivant. Le modèle précis des produits 2D est une voie vers l’espace de calcul et de stockage à l’aide de produits 2D, qui peuvent offrir une bien meilleure efficacité et une consommation d’énergie beaucoup plus faible que la technologie actuelle.
L’une des explorations récentes les plus considérables en physique et en innovation de produits concerne les matériaux bidimensionnels tels que le graphène. Le graphène est plus fort, plus lisse, plus léger et plus performant en chaleur et en électricité que n’importe quel produit bien connu.
Leur fonction la plus unique en leur genre est peut-être leur programmabilité. En produisant des motifs délicats dans ces matériaux, nous pouvons considérablement modifier leurs propriétés résidentielles ou commerciales et peut-être fabriquer ce dont nous avons besoin.
Au DTU, les chercheurs travaillent depuis plus d’un an avec boosting modern dans le modelage de matériaux 2D, en utilisant des machines de lithographie innovantes dans la salle blanche de 1500 m2. Leur travail est basé dans l’installation de DTU pour le graphène nanostructuré, soutenu par la structure d’étude nationale danoise et une partie de The Graphene Front runner.
Le système de lithographie par faisceau lumineux électronique du DTU Nanolab peut écrire des détails jusqu’à 10 nanomètres. Les calculs des systèmes informatiques peuvent anticiper avec précision la forme et la taille des motifs dans le graphène pour développer de nouveaux types d’électronique. Ils peuvent manipuler la charge de l’électron et des foyers quantiques tels que les degrés de liberté de spin ou de vallée, provoquant des calculs à grande vitesse avec une consommation d’énergie bien moindre. Ces estimations, néanmoins, demandent une résolution plus excellente que même les systèmes de lithographie les plus efficaces peuvent fournir : la résolution atomique.
« Si nous voulons ouvrir le dépôt de la future électronique quantique, nous devons descendre en dessous de 10 nanomètres et approcher l’échelle atomique », affirme Peter Bøggild, professeur et chef d’équipe au DTU Physique.
C’est exactement ce que les scientifiques ont réussi à faire
« Nous avons montré en 2019 que des trous ronds positionnés avec un espacement de seulement 12 nanomètres transforment le graphène semi-métallique en un semi-conducteur. Actuellement, nous comprenons comment créer des ouvertures rondes et diverses autres formes telles que des triangles, avec des angles aigus nanométriques. De tels modèles peuvent organiser les électrons en fonction de leur spin et produire des éléments importants pour la spintronique ou la valleytronics. La méthode traite en outre d’autres produits 2D. Avec ces très petites structures, nous pouvons développer des métalenses très portables et réglables électriquement à utiliser dans l’interaction à grande vitesse et la biotechnologie », explique Peter Bøggild.
Triangulaire tranchant comme un rasoir
Le postdoc Lene Gammelgaard a dirigé la recherche, diplômée en design du DTU en 2013 qui a depuis joué un rôle important dans l’exploration spéculative des produits 2D au DTU :
« La méthode consiste à mettre le nanomatériau hexagonal de nitrure de bore en plus du produit que vous souhaitez modeler. Ensuite, vous percez des ouvertures avec une recette de gravure spécifique », affirme Lene Gammelgaard, et poursuit également :
« La procédure de gravure que nous avons établie au cours des dernières années réduisait la taille des motifs sous nos systèmes de lithographie par faisceau lumineux d’électrons ou bien une restriction solide d’environ 10 nanomètres. Cela signifie que nous faisons une ouverture circulaire d’une taille de 20 nanomètres ; le trou dans le graphène peut alors être réduit à 10 nanomètres. Alors que si nous faisons un trou triangulaire, avec les trous ronds provenant du système de lithographie, le downsizing fera un triangulaire plus petit avec des bords auto-affûtés. Habituellement, les motifs deviennent encore plus incomplets lorsque vous les réduisez. C’est le contraire, et cela nous permet aussi de recréer les structures que les prévisions académiques nous disent optimales. »
On peut par exemple créer des méta-lentilles électroniques de niveau – sorte de lentilles optiques super compactes qui peuvent être gérées électriquement à très hautes fréquences, et qui, selon Lene Gammelgaard, peuvent finir par être des éléments essentiels pour la technologie de communication et aussi biotechnologie du futur.
Repousser les limites
L’autre personnage essentiel est une jeune élève, Dorte Danielsen. Elle a obtenu une réflexion sur la nanophysique après un stage de 9e en 2012, a remporté une place dans le dernier concours national de recherche scientifique pour les stagiaires du secondaire en 2014, et a poursuivi des études en physique et nanotechnologie dans le cadre du programme de distinction des élèves d’élite du DTU.
Elle explique que le dispositif derrière les cadres de « super-résolution » n’est toujours pas bien compris :
« Nous avons plusieurs descriptions réalisables pour ces actions de gravure imprévues ; cependant, il y a encore beaucoup de choses que nous ne comprenons pas. Pourtant, c’est une méthode passionnante et aussi très bénéfique pour nous. En même temps, c’est une excellente information pour les innombrables chercheurs du monde entier qui repoussent les limites de la nanoélectronique 2D ainsi que de la nanophotonique. »
Soutenue par l’Independent Research Fund Denmark, dans le cadre de la tâche METATUNE, Dorte Danielsen poursuivra ses travaux avec des nanostructures extrêmement pointus. Ici, la technologie qu’elle a aidé à créer sera utilisée pour produire et explorer des métalenses optiques qui peuvent être réglées électriquement.
Lire l’article original sur Scitech Daily.
Référence: Materials provided by Technical University of Denmark. Original written by Tore Vind Jensen. Note: Content may be edited for style and length.
