Des scientifiques récompensés pour leur recherche innovante sur les matériaux 2D
Une équipe de recherche d'Iéna reçoit le "Thüringer Forschungspreis" (prix de la recherche thuringienne)
Pour leurs recherches sur les matériaux 2D personnalisés, une équipe de quatre scientifiques de l'université Friedrich Schiller d'Iéna et de l'institut Fraunhofer d'optique appliquée et d'ingénierie de précision IOF a reçu le "Thüringer Forschungspreis" (prix de la recherche de Thuringe). Ce prix d'excellence scientifique dans la catégorie "Recherche appliquée" a été remis lors d'une cérémonie à l'Université technique d'Ilmenau et est doté de 25 000 euros.
En tant que couches atomiques, les matériaux 2D modifient radicalement leurs propriétés.
© Nicole Nerger | Universität Jena
Cent mille fois plus fins qu'un cheveu, plus résistants que l'acier et médiateurs efficaces entre la lumière et l'électricité, les matériaux dits "2D" constituent une classe de matériaux en plein essor, aux propriétés uniques et au potentiel d'application considérable.
Pour leurs recherches sur ces matériaux 2D, des chercheurs de l'université d'Iéna et du Fraunhofer IOF viennent de recevoir le "Thüringer Forschungspreis" (prix de la recherche de Thuringe). Le prix dans la catégorie "Recherche appliquée", doté de 25 000 euros, a été remis le 18 juin à l'Université technique d'Ilmenau.
Les lauréats - le professeur Andrey Turchanin, le docteur Antony George, le docteur Christof Neumann et le docteur Falk Eilenberger (Fraunhofer IOF) - ont mis au point une série de méthodes innovantes pour produire et utiliser des matériaux 2D sur mesure pour des applications photoniques, électroniques et optoélectroniques.
Un soupçon de rien
Les matériaux 2D étudiés représentent une nouvelle classe de matériaux constitués d'une ou de quelques couches atomiques seulement - un soupçon de rien. Leur particularité : ils modifient radicalement leurs propriétés par rapport aux matériaux traditionnels : Ils modifient radicalement leurs propriétés par rapport aux matériaux tridimensionnels de départ. Le graphène est un nanomatériau bien connu. Il s'agit d'un matériau 2D isolé par le dépôt de couches de graphite de taille nanométrique. Sous sa forme atomique, il est beaucoup plus résistant et conducteur que le matériau de départ, le graphite, que nous connaissons par exemple grâce aux crayons classiques.
Au Fraunhofer IOF, Falk Eilenberger, directeur du département d'optique micro et nanostructurée, a étudié et caractérisé la classe de matériaux apparentée des dichalcogénures de métaux de transition, ou TMDs en abrégé. Sous leur forme tridimensionnelle, les TMD ne sont que des semi-conducteurs indirects, ce qui limite leurs applications potentielles. En revanche, sous forme de matériau 2D, la substance se transforme en semi-conducteur direct capable de convertir efficacement l'électricité en lumière et vice-versa.
La production évolutive crée un nouveau potentiel d'application
Jusqu'à présent, les matériaux 2D étaient obtenus par "pelage" de cristaux tridimensionnels. De la même manière que l'on décolle une empreinte digitale avec du ruban adhésif, les différentes couches de cristaux sont enlevées pièce par pièce. Ce processus, qui prend du temps, n'est pas adapté à une utilisation industrielle et a jusqu'à présent limité les applications potentielles de ces matériaux.
Les chercheurs d'Iéna se sont penchés sur un processus qui facilite la production industrielle de matériaux 2D personnalisés. Pour ce faire, ils utilisent ce que l'on appelle le dépôt en phase vapeur, dans lequel le cristal se développe sur une plaque de silicium ou de verre comme un tapis - un tapis d'une épaisseur de l'ordre du nanomètre.
"Le nouveau procédé nous a permis non seulement de produire efficacement les matériaux 2D, mais aussi de les faire croître de manière évolutive en tant que pièces fonctionnelles sur des composants optiques", explique le Dr Eilenberger. "Cela nous permet d'intégrer des matériaux TMD dans des fibres optiques, entre autres, ce qui ouvre toute une série de nouvelles possibilités d'application."
Peut-être la plus petite LED du monde
L'introduction de TMD permet de fonctionnaliser les fibres optiques et les puces photoniques de manière à ce qu'elles ne se contentent pas de transmettre passivement la lumière, mais qu'elles puissent également la générer, la modifier ou la détecter : une plate-forme idéale, par exemple, pour exécuter à l'avenir certaines tâches des puces informatiques classiques par voie photonique, tout en économisant de l'énergie. L'équipe de recherche a également réussi à fonctionnaliser le matériau 2D en tant que diode et à développer ainsi ce qui est peut-être la plus petite LED du monde.
L'intégration de nanomatériaux permet de produire pour la première fois des composants électroniques, photoniques et optoélectroniques à la fois extrêmement petits et puissants. La conversion efficace de l'électricité et de la lumière rend également les matériaux 2D intéressants pour des applications dans la transmission de données, la technologie des caméras ou les systèmes d'éclairage. Ils peuvent également être combinés de manière transparente avec des semi-conducteurs existants, ouvrant ainsi de nouvelles voies dans la technologie des semi-conducteurs.
La lumière qui en résulte peut également avoir des propriétés quantiques très inhabituelles. Elle convient donc non seulement au transport classique de données, mais aussi au cryptage quantique. Les composants optiques chargés en TMD peuvent donc également contribuer à la sécurité quantique des réseaux de communication de données à l'avenir.
Une combinaison unique en Thuringe
M. Eilenberger souligne que l'environnement de recherche particulier de la Thuringe est la clé de la réussite du projet : "Nous bénéficions sur place d'une situation tout à fait unique, qui a largement contribué à la réussite de notre projet", explique-t-il à propos du prix qui lui a été décerné. "En Thuringe, et plus particulièrement à Iéna, le savoir-faire en photonique rencontre d'excellentes installations scientifiques - en termes de personnel et de technologie - ainsi que des entreprises qui sont prêtes à prendre des risques et ne craignent pas les projets innovants", explique Falk Eilenberger en reconnaissance de sa collaboration avec ses collègues, le professeur Andrey Turchanin, le docteur Antony George et le docteur Christof Neumann, de l'université d'Iéna.
Avec le "Thüringer Forschungspreis" (Prix thuringien de la recherche), l'État libre de Thuringe récompense chaque année, depuis 1995, les meilleures réalisations scientifiques des universités et des institutions de recherche non universitaires de Thuringe. Les plus belles réalisations individuelles ou collectives dans le domaine de la recherche fondamentale et appliquée sont récompensées par un prix d'un montant total de 25 000 euros et par le prix de la recherche. Le prix de la recherche de Thuringe sera remis le 18 juin 2024 à l'université technique d'Ilmenau.
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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