Pour la première fois, des chercheurs de l’Université de Bâle ont équipé un semi-conducteur ultrafin de contacts supraconducteurs. Ces matériaux extrêmement minces dotés de nouvelles propriétés électroniques et optiques pourraient ouvrir la voie à des purposes auparavant inimaginables. Combinés aux supraconducteurs, ils devraient donner naissance à de nouveaux phénomènes quantiques et trouver leur utilité dans la technologie quantique.



Que ce soit dans les smartphones, les téléviseurs ou la technologie du bâtiment, les semi-conducteurs jouent un rôle central dans l’électronique et donc dans notre vie quotidienne. Contrairement aux métaux, il est achievable d’ajuster leur conductivité électrique en appliquant une pressure et donc d’activer et de désactiver le flux de courant.

Dans la point of view d’applications futures en électronique et en technologie quantique, les chercheurs se concentrent sur le développement de nouveaux composants constitués d’une seule couche (monocouche) d’un matériau semi-conducteur. Certains matériaux naturels dotés de propriétés semi-conductrices comportent des monocouches de ce kind, empilées pour previous un cristal tridimensionnel. En laboratoire, les chercheurs peuvent séparer ces couches – qui ne sont pas plus épaisses qu’une seule molécule – et les utiliser pour construire des composants électroniques.



Nouvelles propriétés et phénomènes

Ces semi-conducteurs ultrafins promettent de fournir des caractéristiques uniques qui sont autrement très difficiles à contrôler, telles que l’utilisation de champs électriques pour influencer les moments magnétiques des électrons. De plus, des phénomènes de mécanique quantique complexes ont lieu dans ces monocouches semi-conductrices qui peuvent avoir des programs en technologie quantique.

Des scientifiques du monde entier étudient comment ces semi-conducteurs minces peuvent être empilés pour previous de nouveaux matériaux synthétiques, connus sous le nom d’hétérostructures de van der Waals. Cependant, jusqu’à présent, ils n’ont pas réussi à combiner une telle monocouche avec des contacts supraconducteurs afin d’approfondir les propriétés et les particularités des nouveaux matériaux.

Contacts supraconducteurs

Une équipe de physiciens, dirigée par le Dr Andreas Baumgartner dans le groupe de recherche du professeur Christian Schönenberger à l’Institut suisse des nanosciences et au Département de physique de l’Université de Bâle, a maintenant équipé une monocouche de bisulfure de molybdène semi-conducteur avec des contacts supraconducteurs pour le première fois.

La raison pour laquelle cette combinaison de semi-conducteur et de supraconducteur est si intéressante est que les experts s’attendent à ce que les composants de ce kind présentent de nouvelles propriétés et de nouveaux phénomènes physiques. « Dans un supraconducteur, les électrons s’organisent en paires, comme des partenaires dans une danse – avec des conséquences étranges et merveilleuses, telles que le passage du courant électrique sans résistance », explique Baumgartner, le chef de projet de l’étude. « Dans le bisulfure de molybdène semi-conducteur, d’autre component, les électrons exécutent une danse complètement différente, une étrange regime solo qui incorpore également leurs moments magnétiques. Maintenant, nous aimerions découvrir sur quelles danses nouvelles et exotiques les électrons s’accordent si nous combinons ces matériaux. »

Convient pour une utilisation comme plate-forme

Les mesures électriques aux basses températures requises pour la supraconductivité — juste au-dessus du zéro absolu (-273,15 °C) — montrent clairement les effets causés par le supraconducteur par exemple, à certaines énergies, les électrons isolés ne sont moreover autorisés. De plus, les chercheurs ont trouvé des indications d’un fort couplage entre la couche semi-conductrice et le supraconducteur.

« Le couplage fort est un élément clé dans les phénomènes physiques nouveaux et passionnants que nous nous attendons à voir dans de telles hétérostructures de van der Waals, mais que nous n’avons jamais pu démontrer », a déclaré Mehdi Ramezani, auteur principal de l’étude.

« Et, bien sûr, nous espérons toujours de nouvelles apps en électronique et en technologie quantique », déclare Baumgartner. « En principe, les contacts verticaux que nous avons développés pour les couches semi-conductrices peuvent être appliqués à un grand nombre de semi-conducteurs. Nos mesures montrent que ces composants semi-conducteurs hybrides monocouches sont en effet possibles – peut-être même avec d’autres matériaux de contact moreover exotiques qui ouvriraient la voie la voie à de as well as amples informations « , ajoute-t-il.

Processus de fabrication élaboré

La fabrication du nouveau composant dans un style de sandwich fait de différents matériaux nécessite un grand nombre d’étapes différentes. A chaque étape, il est crucial d’éviter les contaminations, automobile elles nuisent gravement au transport des fees électriques.

Pour protéger le semi-conducteur, les chercheurs placent une monocouche de bisulfure de molybdène entre deux fines couches de nitrure de bore, à travers lesquelles ils ont préalablement gravé les contacts verticalement par lithographie par faisceau d’électrons et gravure ionique. Ils déposent ensuite une great couche de molybdène rhénium comme matériau de contact – un matériau qui preserve ses propriétés supraconductrices même en présence de champs magnétiques puissants.

Travaillant sous une atmosphère protectrice d’azote dans une boîte à gants, les chercheurs empilent la couche de nitrure de bore sur la couche de bisulfure de molybdène et combinent la facial area inférieure avec une autre couche de nitrure de bore ainsi qu’une couche de graphène pour le contrôle électrique. Les chercheurs placent ensuite cette hétérostructure élaborée de van der Waals sur une plaquette de silicium/dioxyde de silicium.