Une nouvelle méthode développe des nanomatériaux avec une précision inférieure à 10 nanomètres


Des matériaux quantiques coupés plus près que jamais

Les cristaux fabriqués à partir du matériau nitrure de bore hexagonal peuvent être gravés de sorte que le motif que vous dessinez ci-dessus se transforme en version plus petite et plus nette en dessous. Ces perforations peuvent être utilisées comme masque d’ombre pour dessiner des composants et des circuits dans des graphiques. Ce procédé permet une impossible aujourd’hui même avec les meilleures techniques lithographiques. À droite, des images de trous triangulaires et carrés prises au microscope électronique. Crédits photos : Peter Bøggild, Lene Gammelgaard, Dörte Danielsen

Une nouvelle conçoit des nanomatériaux avec une précision inférieure à 10 nanomètres. Cela pourrait ouvrir la voie à une électronique plus rapide et plus économe en énergie.

Des chercheurs de DTU et de Graphene Flagship ont fait passer l’art de la structuration des nanomatériaux à un niveau supérieur. La structuration précise des matériaux 2D est un moyen de calcul et de stockage à l’aide de matériaux 2D, qui peut offrir de meilleures performances et une consommation d’énergie beaucoup plus faible que la technologie actuelle.

L’une des découvertes récentes les plus importantes en et en technologie des matériaux concerne les matériaux bidimensionnels comme le graphène. Le graphène est plus solide, plus lisse, plus léger et conduit mieux la chaleur et l’électricité que tout autre matériau connu.

Sa caractéristique la plus unique est peut-être sa programmabilité. En créant des motifs fins dans ces matériaux, nous pouvons considérablement modifier leurs propriétés et potentiellement fabriquer exactement ce dont nous avons besoin.

Les scientifiques du DTU travaillent depuis plus d’une décennie pour améliorer l’état de l’art de la structuration des matériaux 2D en utilisant des machines de lithographie très développées sur 1500 m²2 Installation en salle blanche. Son travail est basé au Centre pour le graphène nanostructuré du DTU, qui est soutenu par la Fondation nationale de recherche danoise et fait partie de The Graphene Flagship.

Le système de lithographie par faisceau d’électrons du DTU Nanolab peut écrire des détails jusqu’à 10 nanomètres. Les calculs informatiques peuvent prédire avec précision la forme et la taille des motifs dans le graphique pour créer de nouveaux types d’électronique. Vous pouvez tirer parti de la charge de l’électron et des propriétés quantiques telles que les degrés de liberté de spin ou de vallée, ce qui entraîne des calculs à grande vitesse avec une consommation d’énergie bien inférieure. Cependant, ces calculs nécessitent une résolution plus élevée que même les meilleurs systèmes de lithographie peuvent fournir : la résolution atomique.

« Si nous voulons vraiment débloquer le trésor de l’électronique quantique du futur, nous devons descendre en dessous de 10 nanomètres et nous rapprocher de l’échelle atomique », explique Peter Bøggild, professeur et chef de groupe au DTU Physique.

Et c’est exactement ce que les chercheurs ont réussi à faire.

« En 2019, nous avons montré que des trous ronds d’une distance de seulement 12 nanomètres transforment le graphène semi-métallique en un semi-conducteur. Maintenant, nous savons comment faire des trous ronds et d’autres formes comme des triangles avec des angles aigus nanométriques. De tels motifs peuvent générer des électrons en fonction de leur spin et créer des composants essentiels pour la spintronique ou la valleytronics. La technique fonctionne également avec d’autres matériaux 2D. Avec ces structures ultra-minces, nous pouvons créer des métalenses très compactes et réglables électriquement qui sont utilisées dans les communications à haut débit et la biotechnologie », explique Peter Bøggild.

Triangle acéré comme un rasoir

La recherche a été menée par la postdoctorante Lene Gammelgaard, diplômée d’ingénieur au DTU en 2013 et qui a depuis joué un rôle important dans la recherche expérimentale sur les matériaux 2D au DTU :

« L’astuce consiste à placer le nanomatériau hexagonal de nitrure de bore sur le matériau à structurer. Ensuite, vous percez des trous avec une certaine recette de gravure », explique Lene Gammelgaard et poursuit :

« Le processus de gravure que nous avons développé ces dernières années réduit les motifs en dessous de la limite autrement incassable de nos systèmes de lithographie par faisceau d’électrons d’environ 10 nanomètres. Disons que nous faisons un circulaire de 20 nanomètres de diamètre ; le trou dans le graphique peut alors être réduit à 10 nanomètres. Par contre, si on fait un trou triangulaire avec les trous ronds issus du système de lithographie, la réduction d’échelle créera un triangle plus petit avec des coins auto-affûtés. Habituellement, les motifs deviennent plus imparfaits au fur et à mesure que vous les réduisez. Au contraire, cela nous permet de recréer les structures que les prédictions théoriques croient optimales. »

Par exemple, on peut produire des méta-lentilles électroniques plates – une sorte de lentille optique super compacte qui peut être commandée électriquement à très hautes fréquences et qui, selon Lene Gammelgaard, pourraient devenir des composants indispensables pour la et la biotechnologie du futur.

Repousser les limites

L’autre personne clé est une jeune étudiante, Dorte Danielsen. Elle s’est intéressée à la nanophysique après un stage de 9e en 2012, a remporté une place en finale d’un concours national de sciences pour les lycéens en 2014 et a étudié la physique et les nanotechnologies dans le cadre du programme honorifique du DTU pour les étudiants d’élite.

Elle explique que le mécanisme derrière les structures de « super-résolution » n’est pas encore bien compris :

« Nous avons plusieurs explications possibles à ce comportement de gravure inattendu, mais nous ne comprenons pas encore grand-chose. Pourtant, c’est une technique passionnante et très utile pour nous. En même temps, c’est une bonne nouvelle pour des milliers de chercheurs : « Repousser les limites de la nanoélectronique et de la nanophotonique 2D dans le monde entier.

Avec le soutien de l’Independent Research Fund Denmark dans le cadre du projet METATUNE, Dorte Danielsen poursuivra ses travaux sur les nanostructures extrêmement pointues. Ici, la technologie qu’elle a aidé à développer est utilisée pour développer et rechercher des scanners optiques de métaux qui peuvent être réglés électriquement.


Structuration du silicium à l’échelle du nanomètre


Fourni par l’Université technique du Danemark

Citation: Une nouvelle méthode développe des nanomatériaux avec une précision inférieure à 10 nanomètres (2021, 13 septembre), consulté le 13 septembre 2021 sur https://phys.org/news/2021-09-method-nanomaterials-nanometer-precision.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. Sauf pour le commerce équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif seulement.

Laisser un commentaire