Ingénierie autonome

Article du 9 mai 2023

Cet article a été révisé conformément au processus éditorial et aux politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en avant les attributs suivants tout en garantissant la crédibilité du contenu :

faits vérifiés

publication évaluée par des pairs

source fiable

relire

par Thamarasee Jeewandara, Phys.org

Les progrès quantiques reposent sur la production de fils à l’échelle nanométrique basés sur plusieurs technologies nanolithographiques de pointe, pour développer des fils via une synthèse ascendante. Cependant, un défi crucial consiste à faire croître des fils cristallins atomiques uniformes et à construire des structures de réseau pour construire des nanocircuits.

Dans un nouveau rapport paru dans Science Advances, Tomoya Asaba et une équipe de chercheurs en physique et en science des matériaux de l'Université de Kyoto, de l'Université de Tokyo au Japon et de l'Institut de physique théorique en Allemagne, ont découvert une méthode simple pour développer des particules à l'échelle atomique. fils en forme de nano-anneaux, de bandes et de jonctions X-/Y.

En utilisant le dépôt par laser pulsé, les physiciens et les scientifiques des matériaux ont développé des fils monocristallins à l'échelle atomique d'un isolant Mott, qui maintenaient une bande interdite comparable à celle des semi-conducteurs à large bande. Ces fils avaient une épaisseur de cellule unitaire et une longueur de quelques microns. Les chercheurs ont observé la formation de modèles atomiques par le biais de processus de réaction-diffusion hors équilibre pour offrir une perspective jusqu'ici inconnue sur les phénomènes d'auto-organisation à l'échelle atomique afin de mieux comprendre la formation de l'architecture quantique dans les nano-réseaux.

Les caractéristiques de base de la plupart des appareils techniques changent lorsque leurs dimensions diminuent. Lorsqu'un dispositif est réduit à l'échelle nanométrique, la fabrication et l'intégration de modèles de fils unidimensionnels deviennent de plus en plus complexes. Développer des approches descendantes avec des équipements à grande échelle tels que la lithographie par faisceau d'électrons et par faisceau d'ions focalisé pour inclure des nanofils d'une épaisseur et d'une largeur inférieures à 10 nanomètres constitue un autre défi technique.

De même, les technologies ascendantes qui utilisent des processus d’auto-assemblage ne peuvent pas non plus déterminer efficacement l’uniformité des fils. Au cours de l'ingénierie ascendante, l'intégration des réseaux de nanofils dépend de deux étapes compliquées : d'abord faire croître des nanofils orientés de manière aléatoire, puis les aligner dans un réseau ; par conséquent, cela nécessite une nouvelle approche pour fabriquer des fils uniformes à l’échelle atomique et concevoir des nanomodèles.

Dans ce travail, Asaba et ses collègues ont conçu des fils monocristallins uniformes et longs de trichlorure de ruthénium (RuCl3) à l'échelle atomique via une méthode de dépôt simple. Ils ont fabriqué plusieurs modèles caractéristiques nécessaires à la réalisation de nanocircuits quantiques, notamment des jonctions atomiquement lisses et des nanoanneaux. Le matériau trichlorure de ruthénium est intéressant en tant qu'isolant Mott où les interactions électron-électron ouvrent un fossé énergétique. L’équipe a formé et intégré les modèles de nanofils dans le cadre d’un processus de croissance de couches minces, s’écartant ainsi de la méthode conventionnelle derrière les modèles de fils à l’échelle atomique, pour favoriser l’auto-organisation.

Au cours des expériences, l'équipe a fait fondre le trichlorure de ruthénium sur des surfaces de graphite pyrolytique hautement orientées en utilisant un dépôt laser pulsé et a observé le résultat par microscopie à effet tunnel. Ils ont obtenu une image à résolution atomique d’un échantillon cultivé à des températures de dépôt intenses pour détecter une surface recouverte d’un motif unique de fils. Bien que chaque fil soit constitué d’atomes périodiquement espacés, ils ont noté une structure cristalline unique. Les scientifiques des matériaux ont ensuite étudié le matériau formant les fils à l'échelle atomique en prolongeant le temps de dépôt pour former une monocouche bidimensionnelle et des films plus épais et ont vérifié que sa composition était du trichlorure de ruthénium cristallisé.