Un matériau qui pourrait révolutionner l'électronique
Des puces électroniques plus petites et plus économes en énergie pourraient être fabriquées en utilisant la molybdénite, un matériau plus performant que le traditionnel silicium ou le graphène. C’est ce que révèlent les recherches du Laboratoire d'électronique et structures à l'échelle nanométrique de l’EPFL (LANES), qui font l’objet d’une publication dans «Nature Nanotechnology».
Une découverte faite à l’EPFL pourrait jouer un rôle important dans le monde de l’électronique en permettant de réaliser des transistors encore plus petits et beaucoup moins gourmands en énergie. Des recherches menées au Laboratoire d'électronique et structures à l'échelle nanométrique (LANES) ont révélé que la molybdénite, ou MoS2, était un semi-conducteur très efficace. Ce minéral, que l’on trouve en grande quantité à l’état naturel, est notamment utilisé comme élément d’alliage pour les aciers ou additifs dans les lubrifiants. Mais il n’avait pas encore été véritablement étudié dans le domaine électronique.
«C’est un matériau bi-dimensionnel facile à utiliser en nanotechnologie. Il a un potentiel intéressant pour la fabrication de transistors de très petite taille, ainsi que de diodes électroluminescents (LED) et cellules solaires», décrit Andras Kis, professeur responsable du LANES, qui a travaillé sur ce projet avec ses collaborateurs, M. Radisavljevic, Professeur Radenovic et M. Brivio. Il en compare les avantages à ceux de deux autres matières: le silicium, principal composant à l’heure actuelle des puces électroniques et informatiques, et le graphène, dont la découverte en 2004 a valu à André Geim et Konstantin Novoselov, deux physiciens de l’Université de Manchester, de recevoir le Prix Nobel de physique en 2010.
100'000 fois moins d’énergie
L’un des atouts de la molybdénite est d’être beaucoup moins volumineux que le silicium, qui est un matériau tri-dimensionnel. «Dans une feuille de 0,65 nanomètre de MoS2, les électrons peuvent se déplacer aussi facilement que dans une feuille de silicium de 2 nanomètres d’épaisseur, précise Andras Kis. Or, il n’est actuellement pas possible de fabriquer des couches de silicium aussi fines qu’une monocouche de MoS2.»
Autre avantage: ce matériau permet de faire des transistors qui consomment jusqu’à 100'000 fois moins d’énergie à l’état de veille que les transistors traditionnels au silicium. Pour enclencher et déclencher un transistor, il est nécessaire d’utiliser un semi-conducteur doté d’un «gap» et celui que possède MoS2, de 1.8 électron-volt, est idéal.
Plus fort que le graphène
En physique du solide, la théorie des bandes est une manière de représenter les valeurs d’énergie que prennent les électrons à l’intérieur d’un matériau donné. Chez les semi-conducteurs, les bandes sont disposées de telle sorte qu’un espace existe entre elles, un «bandgap». Ni trop court, ni trop grand, ce «gap» permet ainsi à certains électrons de le traverser. Il offre ainsi un plus grand contrôle sur le comportement électrique du matériau, qui peut être mis en position on/off plus facilement.
L’existence de ce «gap» dans la molybdénite lui donne également un avantage sur le graphène. Considéré aujourd’hui par beaucoup de scientifiques et d’industriels comme le matériau d’avenir pour l’électronique, le graphène, qui peut être désigné comme un semi-métal, n’a pas de «gap». Or, il est très difficile d’en reproduire un artificiellement.