Les chercheurs ont découvert qu’il devrait être possible de « métalliser » le diamant, ce qui pourrait permettre diverses utilisations dans les appareils électroniques
Le diamant est un isolant électrique efficace, mais ce n’est pas toujours le cas, selon une nouvelle étude du MIT et de l’université technologique Nanyang (NTU) de Singapour. L’équipe a calculé que la déformation de nano-aiguilles en diamant modifierait leur conductivité, passant d’un isolant à un semi-conducteur à un métal hautement conducteur – et inversement, à volonté.
La déformation semble être une chose que l’on voudrait normalement éviter, mais dans certains cas, elle peut changer un matériau pour le mieux. Le silicium déformé, par exemple, peut permettre aux électrons de le traverser plus facilement, ce qui donne des transistors qui peuvent commuter jusqu’à 35 % plus rapidement. L’essentiel est d’appliquer une contrainte suffisante pour modifier la disposition des atomes dans le réseau cristallin, mais pas trop pour que le réseau lui-même soit perturbé.
La facilité avec laquelle les électrons se déplacent à travers un matériau est mesurée par la « bande interdite » de ce matériau, et plus ce chiffre est élevé, plus les électrons ont du mal à passer. À 5,6 électrons-volts, le diamant a normalement une bande interdite ultra large qui en fait un excellent isolant. Mais dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont trouvé un moyen de contraindre le diamant à modifier sa bande interdite.
En utilisant des simulations informatiques de la mécanique quantique et de la déformation mécanique, l’équipe a découvert qu’une sonde en diamant pouvait être utilisée pour plier des nano-aiguilles en diamant à différents niveaux de contrainte. Plus la contrainte appliquée était importante, plus la bande interdite devenait étroite, jusqu’à ce qu’elle disparaisse complètement juste avant le point où l’aiguille se briserait. À ce stade, le diamant se « métallise » et devient un excellent conducteur électrique.
En haut à gauche : image au microscope électronique de nano-aiguilles en train d’être pliées. A droite : Illustrations informatiques de la quantité de contrainte appliquée
« Nous avons découvert qu’il est possible de réduire la bande interdite de 5,6 électrons-volts jusqu’à zéro », déclare Ju Li, auteur correspondant de l’étude. « Le fait est que si vous pouvez passer en continu de 5,6 à 0 électron-volt, alors vous couvrez toute la gamme des bandes interdites.
Grâce à l’ingénierie des contraintes, vous pouvez faire en sorte que le diamant ait la bande interdite du silicium, qui est le plus largement utilisé comme semi-conducteur, ou du nitrure de gallium, qui est utilisé pour les LED. Vous pouvez même en faire un détecteur infrarouge ou détecter toute une gamme de lumière allant de l’infrarouge à l’ultraviolet ».
Cela pourrait avoir toute une série d’applications intrigantes, selon l’équipe. Par exemple, un diamant plié de manière à présenter un gradient de tension pourrait permettre de fabriquer une cellule solaire capable de capter une plus large fréquence de lumière sur un seul appareil – un travail qui nécessite actuellement un empilement de matériaux différents. Cette technique pourrait également permettre de créer de nouveaux types de détecteurs et de capteurs quantiques.
Aussi intrigante que soit cette recherche, elle n’en est encore qu’au stade de la preuve de concept, de sorte qu’il est prématuré de concevoir des dispositifs pratiques.
