Stratégie évolutive permet de produire des nanorubans de phosphore noir de haute qualité pour l'électronique

Le 17 septembre 2025 en vedette par Ingrid Fadelli, Phys.org rédacteur contributeur édité par Sadie Harley, examiné par Robert Egan éditeur scientifique éditeur associé Cet article a été examiné selon le processus éditorial et les politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en évidence les attributs suivants tout en assurant la crédibilité du contenu: vérifié par des faits publication évaluée par des pairs source fiable corrigé à l'épreuve Les nanorubans de phosphore noir (BPNRs), fines et étroites bandes de phosphore noir, sont connus pour présenter des propriétés électroniques extrêmement avantageuses, y compris une bande interdite réglable. Cela signifie essentiellement que la différence d'énergie entre la région où les électrons sont liés ensemble (c'est-à-dire la bande de valence) et celle où les électrons se déplacent librement (c'est-à-dire la bande de conduction) peut être facilement contrôlée en ajustant la largeur des nanorubans. Une bande interdite réglable est essentielle pour le développement de transistors, les composants qui contrôlent le flux de courant électrique à travers les appareils électroniques. Alors que plusieurs études antérieures ont souligné la promesse des BPNRs pour le développement de l'électronique, des stratégies permettant leur fabrication fiable à grande échelle font toujours défaut. Des chercheurs de l'Université Jiao Tong de Shanghai et d'autres instituts ont récemment introduit une nouvelle stratégie évolutive pour la réalisation de BPNRs de haute qualité, cohérentes en taille, aux bords bien définis et présentant un minimum de défauts. Leur approche proposée, décrite dans un article publié dans Nature Materials, repose sur une technique conçue pour séparer les matériaux en couches utilisant des ondes sonores ultra-sonores dans des liquides. « Notre groupe de recherche est depuis longtemps dédié à l'identification de matériaux de canal idéaux pour permettre des transistors à effet de champ haute performance avec une taille réduite et une consommation d'énergie réduite », a déclaré le professeur Changxin Chen, qui a dirigé la recherche, à Phys.org. "Les BPNRs offrent des avantages en tant que matériau de canal par rapport à d'autres candidats tels que les nanotubes de carbone, les nanorubans de graphène et le phosphore noir (BP) bidimensionnel (2D). Par exemple, les BPNRs sont entièrement semi-conducteurs, contrairement aux nanotubes de carbone, qui peuvent être semi-conducteurs ou métalliques. "De plus, les BPNRs présentent un compromis supérieur entre la mobilité et la bande interdite par rapport aux nanorubans de graphène. Les BPNRs évitent également la nécessité de préparer du BP 2D à grande surface et à quelques couches, offrant des bandes interdites de taille considérable et largement réglables." Depuis un certain temps, Chen et ses collègues tentent de concevoir une stratégie évolutive pour réaliser des BPNRs étroites et de haute qualité ayant des bords lisses et des orientations bien définies. La stratégie de fabrication introduite dans leur article récent est basée sur une nouvelle technique d'exfoliation sono-chimique. "Nous avons d'abord utilisé une réaction de transport à courte distance pour synthétiser des cristaux de BP en vrac avec un paramètre de réseau légèrement agrandi le long de la direction en chaise", explique Chen. "Cette contrainte permet au cristal de se dézipper de manière préférentielle le long du plan cristallin perpendiculairement à la direction en chaise plutôt que sur d'autres plans. Ensuite, nous avons appliqué des conditions ultrasoniques appropriées pour dézipper les cristaux de BP en vrac, produisant ainsi des BPNRs unidimensionnels de haute qualité." Avec leur stratégie nouvellement conçue, les chercheurs ont créé des nanorubans avec une largeur centrée à 32 nm pouvant atteindre 1,5 nm ; la plus étroite parmi les BPNRs rapportées à ce jour. Remarquablement, leur méthode de fabrication a montré un rendement allant jusqu'à 95 %. De plus, la faible largeur et les bords en zigzag des BPNRs résultants ont donné naissance à une grande bande interdite, tandis que leurs bords presque atomiquement lisses ont supprimé la diffusion des porteurs et ont entraîné une mobilité élevée. "Nous avons obtenu des BPNRs étroites de haute qualité avec des bords presque atomiquement lisses et une orientation des bords bien définie avec un rendement élevé grâce à l'exfoliation sono-chimique des cristaux de BP synthétisés avec un paramètre de réseau légèrement agrandi le long de la direction en chaise", a déclaré Chen. Découvrez les dernières avancées en science, technologie et espace avec plus de 100 000 abonnés qui comptent sur Phys.org pour des insights quotidiens. Inscrivez-vous à notre newsletter gratuite et recevez des mises à jour sur les percées, les innovations et la recherche qui comptent—quotidiennement ou hebdomadairement. "Avec les BPNRs préparés, la performance du transistor à effet de champ avec un rapport marche/arrêt de 1,7×106 et une mobilité de 1 506 cm² V-1 s-1, représentant la meilleure performance globale parmi les FET basés sur les BPNRs ou le BP 2D rapportés jusqu'à présent." Dans le cadre de leur étude, Chen et ses collègues ont montré que les BPNRs qu'ils ont créés pouvaient également servir de photodétecteurs proches infrarouges. En fait, les structures étroites ont présenté une responsivité de 11.2 A/W et une spécificité de détection de 1,1×1011 cm Hz1/2 W-1, dépassant la plupart des détecteurs proches infrarouges existants basés sur des nanomatériaux en 1D, des nanomatériaux en 2D et autres structures hybrides.Dans le futur, l'approche de fabrication nouvelle conçue par cette équipe de recherche pourrait être davantage améliorée et déployée dans des environnements réels, permettant ainsi la production à grande échelle de BPNR de haute qualité. Cela pourrait à son tour ouvrir la voie au développement de dispositifs électroniques et optoélectroniques compacts qui sont significativement plus petits que ceux disponibles aujourd'hui. "Dans le cadre de nos futures recherches, nous développerons des stratégies contrôlées pour produire des BPNR de haute qualité avec un alignement unidirectionnel et des largeurs uniformes," a ajouté Chen. "Ces stratégies sont cruciales pour surmonter les défis actuels en matière de scalabilité et de variabilité structurelle pour les BPNR et permettront finalement d'intégrer de manière fiable les BPNR dans les circuits intégrés à grande échelle." Écrit pour vous par notre autrice Ingrid Fadelli, édité par Sadie Harley, et vérifié par Robert Egan—cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour maintenir en vie un journalisme scientifique indépendant. Si ces reportages sont importants pour vous, veuillez envisager un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un compte sans publicité en guise de remerciement. Plus d'informations: Teng Zhang et al, High-quality narrow black phosphorus nanoribbons with nearly atomically smooth edges and well-defined edge orientation, Nature Materials (2025). DOI: 10.1038/s41563-025-02314-7. Informations sur la revue: Nature Materials © 2025 Science X Network