Une nouvelle étude dirigée par le Dr Thomas Szkopek de l’Université McGill suggère que le phosphore noir pourrait aider les chercheurs à relever l’un des grands défis de l’électronique du futur, à savoir la conception de transistors à haut rendement énergétique.
La structure cristalline du phosphore noir est composée de couches alvéolaires plissées avec une distance entre les couches de 0,5 nm. Crédit image : V. Tayari et al.
En 2004, des chercheurs de l’Université de Manchester, au Royaume-Uni, ont isolé et exploré les propriétés remarquables du graphène, une couche de carbone d’un atome d’épaisseur.
Depuis lors, les scientifiques se sont empressés d’étudier une série d’autres matériaux 2D. L’un d’entre eux est le phosphore noir, une forme de phosphore qui ressemble au graphite et peut être facilement séparé en couches atomiques uniques, connues sous le nom de phosphorène.
Le phosphore noir est le deuxième allotrope élémentaire connu dont la structure cristalline en couches peut être exfoliée mécaniquement jusqu’à l’épaisseur d’une couche atomique. Contrairement au graphite et au graphène, le phosphore noir est un semi-conducteur à la fois sous forme de masse et de quelques couches.
“Pour abaisser la tension de fonctionnement des transistors, et donc réduire la chaleur qu’ils génèrent, nous devons nous rapprocher de plus en plus de la conception du transistor au niveau atomique. La boîte à outils du futur pour les concepteurs de transistors nécessitera une variété de matériaux à couches atomiques : un semi-conducteur idéal, un métal idéal et un diélectrique idéal. Ces trois composants doivent être optimisés pour un transistor bien conçu. Le phosphore noir remplit le rôle de matériau semi-conducteur”, a déclaré le Dr Szkopek, qui est l’auteur principal de l’article publié dans le journal Nature Communications.
Pour examiner comment les électrons se déplacent dans un transistor au phosphore, le Dr Szkopek et ses co-auteurs les ont observés sous l’influence d’un champ magnétique.
“Ce qui est surprenant dans nos résultats, c’est que les électrons sont capables d’être attirés dans une feuille de charge qui est bidimensionnelle, même s’ils occupent un volume de plusieurs couches atomiques d’épaisseur”, a déclaré le Dr Szkopek.
“Cette découverte est importante car elle pourrait potentiellement faciliter la fabrication du matériau – bien qu’à ce jour, personne ne sache comment fabriquer ce matériau à grande échelle.”
