Les frontières en 2D pourraient créer de l'électricité
Un laboratoire de l'université du Rice dirige les efforts visant à générer une piézoélectricité indépendante de l'épaisseur dans des matériaux de l'épaisseur d'un atome
Il y a encore beaucoup de place au fond pour générer de la piézoélectricité. Des ingénieurs de l'université Rice et leurs collègues montrent la voie.
Un modèle de redistribution des charges montre comment les charges circulent à travers les interfaces de phase dans un matériau piézoélectrique 2D composé de molybdène (bleu) et de tellure (jaune). Les zones rouges sont déficientes en électrons, les zones vertes sont riches en électrons. La tension provenant d'une pointe de microscope déforme le réseau et crée des dipôles à la frontière entre les atomes.
Ajayan Research Group/Rice University
Une nouvelle étude décrit la découverte de la piézoélectricité - le phénomène par lequel l'énergie mécanique se transforme en énergie électrique - à travers les frontières de phase de matériaux bidimensionnels.
Les travaux menés par Pulickel Ajayan et Hanyu Zhu, spécialistes des matériaux de l'université Rice, et leurs collègues de la George R. Brown School of Engineering de l'université Rice, de l'université de Californie du Sud, de l'université de Houston, du laboratoire de recherche de la base aérienne de Wright-Patterson et de l'université d'État de Pennsylvanie sont publiés dans Advanced Materials.
Cette découverte pourrait faciliter le développement de systèmes nanoélectromécaniques toujours plus petits, des dispositifs qui pourraient être utilisés, par exemple, pour alimenter de minuscules actionneurs et biocapteurs implantables, ainsi que des capteurs de température ou de pression ultrasensibles.
Les chercheurs montrent que le système atomiquement fin d'un domaine métallique entourant des îlots semi-conducteurs crée une réponse mécanique dans le réseau cristallin du matériau lorsqu'il est soumis à une tension appliquée.
La présence de la piézoélectricité dans les matériaux en 2D dépend souvent du nombre de couches, mais la synthèse de ces matériaux avec un nombre précis de couches a été un formidable défi, a déclaré Anand Puthirath, chercheur au Rice et co-auteur principal de l'article.
"Notre question était de savoir comment fabriquer une structure qui soit piézoélectrique à plusieurs niveaux d'épaisseur - monocouche, bicouche, tricouche et même en vrac - à partir d'un matériau même non piézoélectrique", a déclaré M. Puthirath. "La réponse plausible était de réaliser une jonction métal-semiconducteur unidimensionnelle dans une hétérostructure 2D, introduisant ainsi une asymétrie cristallographique ainsi que de charge à la jonction."
"La jonction latérale entre les phases est très intéressante, car elle permet d'obtenir des frontières atomiquement nettes dans des couches atomiquement minces, ce dont notre groupe a été le pionnier près d'une décennie auparavant", a déclaré Ajayan. "Cela permet de concevoir des matériaux en 2D pour créer des architectures de dispositifs qui pourraient être uniques dans les applications électroniques."
La jonction a une épaisseur de moins de 10 nanomètres et se forme lorsque du gaz tellurium est introduit tandis que le molybdène métallique forme un film sur le dioxyde de silicium dans un four de dépôt chimique en phase vapeur. Ce processus crée des îlots de phases semi-conductrices de tellurure de molybdène dans la mer de phases métalliques.
L'application d'une tension à la jonction via la pointe d'un microscope à force piézo-réactive génère une réponse mécanique. Cela permet également de mesurer avec précision la force de la piézoélectricité créée à la jonction.
"La différence entre les structures du réseau et la conductivité électrique crée une asymétrie à la limite de phase qui est essentiellement indépendante de l'épaisseur", a déclaré Puthirath. Cela simplifie la préparation de cristaux 2D pour des applications telles que les actionneurs miniaturisés.
"Une interface d'hétérostructure offre beaucoup plus de liberté pour l'ingénierie des propriétés des matériaux qu'un composé unique en vrac", a déclaré Zhu. "Bien que l'asymétrie n'existe qu'à l'échelle nanométrique, elle peut influencer de manière significative les phénomènes électriques ou optiques macroscopiques, qui sont souvent dominés par l'interface."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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