En 2004, des chercheurs de l’Université de Manchester ont utilisé du ruban adhésif pour retirer des feuilles d’atomes de carbone uniques du graphite afin de fabriquer du graphène, un matériau 1000 fois furthermore fin que les cheveux humains mais plus résistant que l’acier. Cette technique d’exfoliation révolutionnaire a ouvert la voie au développement d’une large gamme de matériaux bidimensionnels avec des caractéristiques électriques et physiques distinctes pour la prochaine génération d’appareils électroniques.
Un tel matériau d’intérêt a été le mica muscovite (MuM). Ces minéraux ont la formule générale KAl2(AlSi3O10) (F, OH)2 et ont une structure en couches composée d’aluminium (Al), de potassium (K) et de silicium (Si). Comme le graphène, MuM a attiré l’attention en tant que substrat extremely-plat pour la construction de dispositifs électroniques flexibles. Contrairement au graphène, cependant, MuM est un isolant.
Cependant, les propriétés électriques de MuM ne sont pas tout à fait claires. En particulier, les propriétés des MuM épais à couche exclusive et à quelques molécules ne sont pas clairement includes. En effet, dans toutes les études qui ont sondé les propriétés électriques du MuM jusqu’à présent, la conductivité a été dominée par un phénomène quantique appelé « effet tunnel ». Cela a rendu difficile la compréhension de la nature conductrice du MuM mince.
Dans une étude récente publiée dans la revue Bodily Evaluation Utilized, le professeur Muralidhar Miryala du Shibaura Institute of Know-how (SIT), au Japon, ainsi que les professeurs MS Ramachandra Rao, Ananth Krishnan et M. Ankit Arora, doctorant, de l’Indian Institute of Technology Madras, en Inde, a maintenant observé un comportement semi-conducteur dans des flocons minces de MuM, caractérisé par une conductivité électrique 1000 fois supérieure à celle du MuM épais. « Le mica est l’un des isolants électriques les as well as populaires utilisés dans les industries depuis des décennies. Cependant, ce comportement de style semi-conducteur n’a pas été signalé auparavant », déclare le professeur Miryala.
Dans leur étude, les chercheurs ont exfolié de minces flocons de MuM d’épaisseur variable sur des substrats de silicium (SiO2/Si) et, pour éviter l’effet tunnel, ont maintenu une séparation de 1 µm entre les électrodes de speak to. En mesurant la conductivité électrique, ils ont remarqué que la transition vers un état conducteur se produisait progressivement au fur et à mesure que les flocons étaient amincis en moins de couches. Ils ont constaté que pour les flocons de MuM inférieurs à 20 nm, le courant dépendait de l’épaisseur, devenant 1000 fois additionally grand pour un MuM de 10 nm d’épaisseur (5 couches d’épaisseur) par rapport à celui de 20 nm de MuM.
Pour donner un sens à ce résultat, les chercheurs ont adapté les données expérimentales de conductivité à un modèle théorique appelé « modèle de conduction par sauts », qui a suggéré que la conductance observée est thanks à une augmentation de la densité de porteurs de la bande de conduction avec la réduction de l’épaisseur. En termes simples, à mesure que l’épaisseur des flocons de MuM est réduite, l’énergie nécessaire pour déplacer les électrons de la masse solide vers la surface diminue, permettant aux électrons de passer in addition facilement dans la « bande de conduction », où ils peuvent se déplacer librement pour conduire l’électricité. Quant à la raison pour laquelle la densité de porteurs augmente, les chercheurs l’ont attribuée aux effets du dopage de surface (ajout d’impuretés) des contributions des ions K+ et de la peace de la framework cristalline du MuM.
L’importance de cette découverte est que les fines feuilles exfoliées de MuM ont une construction de bande similaire à celle des semi-conducteurs à large bande interdite. Ceci, combiné à sa stabilité chimique exceptionnelle, fait des flocons minces de MuM un matériau idéal pour les appareils électroniques bidimensionnels à la fois flexibles et durables. « MuM est connu pour sa stabilité exceptionnelle dans des environnements difficiles tels que ceux caractérisés par des températures élevées, des pressions et des contraintes électriques. Le comportement de form semi-conducteur observé dans notre étude indique que MuM a le potentiel d’ouvrir la voie au développement d’une électronique robuste. « , déclare le professeur Miryala.
