Les chercheurs du DTU et de Graphene Flagship ont fait passer l’art de la structuration des nanomatériaux à un niveau supérieur. La structuration précise des matériaux 2D est une voie vers le calcul et le stockage à l’aide de matériaux 2D, qui peuvent offrir de meilleures performances et une consommation d’énergie beaucoup in addition faible que la technologie actuelle.



L’une des découvertes récentes les additionally importantes en physique et en technologie des matériaux concerne les matériaux bidimensionnels tels que le graphène. Le graphène est plus fort, moreover lisse, furthermore léger et mieux conducteur de chaleur et d’électricité que tout autre matériau connu.

Leur caractéristique la plus distinctive est peut-être leur programmabilité. En créant des motifs délicats dans ces matériaux, nous pouvons modifier considérablement leurs propriétés et éventuellement fabriquer précisément ce dont nous avons besoin.



Au DTU, les scientifiques travaillent depuis as well as d’une décennie à l’amélioration de l’état de l’art dans la modélisation des matériaux 2D, en utilisant des devices de lithographie sophistiquées dans la salle blanche de 1500 m2. Leur travail est basé au Centre de DTU pour le graphène nanostructuré, soutenu par la Fondation nationale de recherche danoise et une partie de The Graphene Flagship.

Le système de lithographie par faisceau d’électrons du DTU Nanolab peut écrire des détails jusqu’à 10 nanomètres. Les calculs informatiques peuvent prédire exactement la forme et la taille des motifs dans le graphène pour créer de nouveaux styles d’électronique. Ils peuvent exploiter la demand de l’électron et les propriétés quantiques telles que les degrés de liberté de spin ou de vallée, conduisant à des calculs à grande vitesse avec une consommation d’énergie bien moindre. Ces calculs, cependant, demandent une résolution moreover élevée que même les meilleurs systèmes de lithographie peuvent fournir : une résolution atomique.

 » Si nous voulons vraiment déverrouiller le coffre au trésor de la future électronique quantique, nous devons descendre en dessous de 10 nanomètres et nous approcher de l’échelle atomique « , explique Peter Bøggild, professeur et chef de groupe au DTU Physics.

Et c’est exactement ce que les chercheurs ont réussi à faire.

« Nous avons montré en 2019 que des trous circulaires placés avec un espacement de seulement 12 nanomètres transforment le graphène semi-métallique en un semi-conducteur. Nous savons maintenant remark créer des trous circulaires et d’autres formes telles que des triangles, avec des angles aigus nanométriques. De tels modèles peuvent trier les électrons en fonction de leur spin et créer des composants essentiels pour la spintronique ou la valleytronics. La technique fonctionne également sur d’autres matériaux 2D. Avec ces très petites buildings, nous pouvons créer des métalenses très compactes et accordables électriquement à utiliser dans les communications à haut débit et la biotechnologie « , explique Peter Bøggild.

Triangle acéré comme un rasoir

La recherche a été menée par le postdoctorant Lene Gammelgaard, ingénieure diplômée du DTU en 2013 qui a depuis joué un rôle essentiel dans l’exploration expérimentale des matériaux 2D au DTU :

 » L’astuce consiste à placer le nanomatériau hexagonal de nitrure de bore sur le matériau que vous souhaitez modeler. Ensuite, vous percez des trous avec une recette de gravure particulière « , explique Lene Gammelgaard, et poursuit  :

« Le processus de gravure que nous avons développé au cours des dernières années a réduit la taille des motifs en dessous de la limite incassable de nos systèmes de lithographie par faisceau d’électrons d’environ 10 nanomètres. Supposons que nous fassions un trou circulaire d’un diamètre de 20 nanomètres  le trou dans le graphène peut alors être réduit à 10 nanomètres. Alors que si nous faisons un trou triangulaire, avec les trous ronds provenant du système de lithographie, la réduction fera un triangle moreover petit avec des cash car-affûtés. Habituellement, les motifs deviennent additionally imparfaits lorsque vous les réduisez. au contraire, et cela nous permet de recréer les constructions que les prédictions théoriques nous disent optimales.  »

On peut par ex. produire des méta-lentilles électroniques plates – une sorte de lentille optique tremendous-compacte qui peut être commandée électriquement à très hautes fréquences et qui, selon Lene Gammelgaard, peut devenir des composants essentiels pour la technologie de conversation et la biotechnologie du futur.

Pousser les limites

L’autre personne clé est une jeune étudiante, Dorte Danielsen. Elle s’est intéressée à la nanophysique après un stage de 9e en 2012, a remporté une put en finale d’un concours countrywide de sciences pour les lycéens en 2014, et a poursuivi des études en physique et nanotechnologie dans le cadre du programme de spécialisation du DTU pour les étudiants d’élite.

Elle explique que le mécanisme derrière les buildings de  » super-résolution  » n’est toujours pas bien compris  :

« Nous avons plusieurs explications possibles à ce comportement de gravure inattendu, mais il y a encore beaucoup de choses que nous ne comprenons pas. Pourtant, c’est une approach passionnante et très utile pour nous. En même temps. »

Soutenue par l’Independent Research Fund Denmark, dans le cadre du projet METATUNE, Dorte Danielsen poursuivra ses travaux sur les nanostructures extrêmement pointues. Ici, la technologie qu’elle a aidé à développer sera utilisée pour créer et explorer des métalenses optiques qui peuvent être réglées électriquement.