La technologie la plus fine au monde – Seulement deux atomes d’épaisseur

Avancées scientifiques : des chercheurs de l’Université de Tel Aviv ont conçu la plus petite technologie au monde, avec une épaisseur de seulement deux atomes. Selon les chercheurs, la nouvelle technologie propose un moyen de stocker des informations électriques dans l’unité la plus fine connue en science, l’un des matériaux les plus stables et les plus inertes de la nature. Permettre l’effet tunnel électronique quantique à travers des couches minces atomiques pourrait accélérer le processus de lecture de l’information bien au-delà de la technologie actuelle.

Cette étude a été menée par des scientifiques de l’École de physique et d’astronomie de Raymond et Beverly Suckler et de l’École de chimie de Raymond et Beverly Suckler. Ce groupe comprend Maayan Vizner Stern, Yuval Waschitz, Dr Wei Cao, Dr Iftach Nevo, Prof. Eran Sela, Prof. Michael Urbakh, Prof. Oded Hod et Dr. Moshe Ben Shalom. Le travail est actuellement La science magazine.

« Notre recherche découle de la curiosité pour le comportement des atomes et des électrons dans les matériaux solides, qui a créé de nombreuses technologies qui soutiennent notre mode de vie moderne », a déclaré le Dr Ben Shalom. dire. « Nous (et de nombreux autres scientifiques) essayons de comprendre, de prédire et même de contrôler les propriétés fascinantes de ces particules lorsqu’elles se condensent en structures régulières appelées cristaux, par exemple. Au cœur de l’ordinateur se trouve un petit dispositif cristallin conçu pour basculer entre deux états qui répondent différemment (comme « oui » ou « non », « haut » ou « bas »). Sans cette dichotomie, cela ne serait pas possible. Encode et traite les informations. Le vrai défi est de trouver un mécanisme qui permette d’allumer des appareils plus petits, plus rapides et moins chers.

Les appareils de pointe d’aujourd’hui sont constitués de petits cristaux contenant seulement environ 1 million d’atomes (environ 100 atomes de hauteur, de largeur et d’épaisseur), donc des millions de ces appareils Vous pouvez le pousser dans cette zone environ 1 million de fois. Une pièce que chaque appareil commute à une vitesse d’environ 1 million de fois par seconde.

Suite à l’innovation, pour la première fois, les chercheurs ont pu réduire l’épaisseur des dispositifs cristallins à seulement deux atomes. Le Dr Ben Shalom souligne qu’une structure aussi mince permet à la mémoire basée sur la puissance quantique des électrons de franchir rapidement et efficacement des barrières de seulement quelques atomes d’épaisseur. Par conséquent, il a le potentiel d’améliorer considérablement les appareils électroniques en termes de vitesse, de densité et de consommation d’énergie.

Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé des matériaux bidimensionnels. C’est une couche de bore et d’azote d’une épaisseur d’un atome, disposée à plusieurs reprises dans une structure hexagonale. Dans leurs expériences, l’assemblage artificiel de ces deux couches a pu briser la symétrie de ce cristal. « Dans un état tridimensionnel naturel, ce matériau est composé de plusieurs couches qui se chevauchent, chaque couche tournant à 180 degrés par rapport aux couches adjacentes (configuration antiparallèle) », explique le Dr Benshalom. ..

« Au laboratoire, nous avons pu empiler artificiellement des couches dans une configuration parallèle non tournante, ce qui permet aux atomes du même type d’avoir entre elles de fortes forces de répulsion (dues à la même charge). Cependant, en pratique, les cristaux préfèrent glisser légèrement d’une couche par rapport à l’autre, de sorte que seulement la moitié des atomes de chaque couche se chevauchent complètement. Les atomes qui se chevauchent ont des charges opposées. Tous les autres atomes sont au-dessus ou au-dessus. Au-dessous d’un espace vide – le centre de l’hexagone. Dans cette configuration d’empilement artificiel, les couches sont par exemple assez différentes les unes des autres. Si seuls les atomes de bore se chevauchent dans la couche supérieure, l’inverse est vrai dans la couche inférieure. « 

Equipe de recherche.Crédit : Université de Tel Aviv

Le Dr Benshalom souligne également le travail d’une équipe théorique qui a effectué de nombreuses simulations informatiques. Grâce à cette compréhension de base, nous pouvons nous attendre à des réponses attrayantes dans d’autres systèmes en couches avec une symétrie brisée », dit-il.

Maayan Wizner Stern, doctorant qui a dirigé l’étude, explique : Perpendiculaire au plan de la couche. Lorsqu’un champ électrique externe est appliqué dans la direction opposée, le système glisse latéralement pour changer la direction de polarisation. La polarisation commutée est stable même si le champ externe est coupé. À cet égard, ce système est similaire au système ferroélectrique 3D épais largement utilisé dans la technologie actuelle. « 

« La capacité de forcer des configurations cristallines et électroniques dans des systèmes aussi minces, avec des propriétés de polarisation et d’inversion uniques dues aux faibles forces de van der Waals entre les couches, ne se limite pas aux cristaux de bore et d’azote », a déclaré Benshalom. Il ajoute. .. « Nous nous attendons au même comportement dans de nombreux cristaux stratifiés avec la symétrie correcte. Le concept des lames intercalaires comme moyen unique et efficace de contrôler des appareils électroniques avancés est très prometteur. , Nous l’avons nommé Slide-Tronics.

Maayan Vizner Stern conclut : « Nous sommes ravis de découvrir ce qui peut arriver dans d’autres états qui nous forcent naturellement, et nous prévoyons que d’autres structures combinant des degrés de liberté supplémentaires sont possibles. Nous espérons que le retournement avec et les diapositives amélioreront les appareils électroniques d’aujourd’hui et permettront également d’autres moyens uniques de contrôler les informations dans les futurs appareils. En plus des appareils informatiques, cette technologie est un détecteur. Nous espérons contribuer au stockage et à la conversion d’énergie, à l’interaction avec la lumière, etc. Comme nous le voyons, notre défi est de découvrir plus de cristaux avec de nouveaux degrés de liberté glissants. est. »

Référence : M. ViznerStern, Y. Waschitz, W. Cao, I. Nevo, K. Watanabe, T. Taniguchi, E. Sela, M. Urbakh, O. « Interfacial ferroelectricity by van der Waals glissement » par Hod et M. Ben Shalom, le 25 juin 2021 La science..
DOI : 10.1126 / science.abe8177

Cette étude a été financée grâce au soutien du Conseil européen de la recherche (ERC Initiation Grant), de la Fondation israélienne pour la science (ISF) et du ministère de la Science et de la Technologie (MOST).