Les scientifiques ont développé du carbure de silicium amorphe, un matériau solide et évolutif qui pourrait être utilisé dans les capteurs à micropuces, les cellules solaires et l'exploration spatiale. Cette percée devrait conduire à des avancées significatives dans la science des matériaux et la technologie des micropuces. Charte de test de résistance à la traction de nanoanneaux en carbure de silicium amorphe. La résistance de ce matériau est non seulement comparable à celle du diamant et du graphène, mais sa limite d'élasticité est 10 fois supérieure à celle du Kevlar, un matériau célèbre pour son utilisation dans les gilets pare-balles.

Depuis des décennies, des matériaux en couches minces sont utilisés pour réaliser des résonateurs mécaniques très sensibles soumis à des charges de traction élevées. Bien que de grands progrès aient été réalisés dans la réalisation de capteurs mécaniques à faible dissipation utilisant des contraintes de traction élevées, les performances, même des meilleures stratégies, sont limitées par la résistance à la rupture en traction du matériau du résonateur.

Des chercheurs de la TU Delft, dirigés par le professeur adjoint Richard Norte, ont introduit un nouveau matériau extraordinaire qui promet d'avoir un impact sur le monde de la science des matériaux : le carbure de silicium amorphe (a-SiC).

Non seulement ce matériau est extrêmement résistant, mais il possède également des propriétés mécaniques essentielles à l’isolation des vibrations des micropuces. Le carbure de silicium amorphe est donc particulièrement adapté à la réalisation de capteurs à micropuces ultra-sensibles.

La gamme d’applications potentielles est très large. Des capteurs à micropuces ultrasensibles et des cellules solaires avancées à la technologie pionnière de l’exploration spatiale et du séquençage de l’ADN. Les avantages de résistance du matériau, combinés à son évolutivité, le rendent incroyablement prometteur.

"Pour mieux comprendre cette propriété clé d'être amorphe, considérez la plupart des matériaux comme étant constitués d'atomes disposés selon un motif régulier, comme une tour Lego complexe", explique Knott. "Ces matériaux sont appelés matériaux 'cristallins', comme le diamant. Ses atomes de carbone sont complètement. Cependant, les matériaux amorphes sont comme des briques Lego empilées au hasard, mais contrairement aux attentes, ce caractère aléatoire ne conduit pas à la fragilité. En fait, le carbure de silicium amorphe démontre la force que crée ce caractère aléatoire. "

Le nouveau matériau a une résistance à la traction de 10 gigapascals (GPa). "Pour comprendre ce que cela signifie, imaginez que vous essayez d'étirer un morceau de ruban adhésif jusqu'à ce qu'il se brise", a déclaré Knott. "Maintenant, si vous vouliez simuler l'équivalent de 10 GPa de contrainte de traction, vous auriez besoin d'accrocher environ 10 voitures de taille moyenne bout à bout sur le ruban avant qu'il ne se brise."

nanoressort

Les chercheurs ont utilisé une méthode innovante pour tester la résistance à la traction du matériau. Bien que les méthodes traditionnelles puissent provoquer des erreurs en raison de la manière dont le matériau est maintenu en place, elles ont utilisé la technologie des micropuces. En faisant croître un mince film de carbure de silicium amorphe sur un substrat de silicium et en le suspendant, ils ont exploité la géométrie des nanoanneaux pour induire des forces de traction élevées. En réalisant plusieurs de ces structures et en augmentant la force de traction, ils ont soigneusement observé le point de rupture. Cette approche basée sur les micropuces garantit non seulement une précision sans précédent, mais ouvre également la voie aux futurs tests de matériaux.

Pourquoi devons-nous nous soucier des nanorings ? Les nanorings sont les éléments de base les plus élémentaires et la base pour la construction de structures suspendues plus complexes. Démontrer une limite d'élasticité élevée dans les nanoanneaux, c'est démontrer la résistance dans sa forme la plus élémentaire.

Du micro au macro

Ce qui rend ce matériau unique, c'est son évolutivité. Le graphène, constitué d’une seule couche d’atomes de carbone, est connu pour sa résistance étonnante mais est difficile à produire en grande quantité. Bien que les diamants soient incroyablement résistants, ils sont rares par nature et coûteux à synthétiser. Le carbure de silicium amorphe, en revanche, peut être produit à l’échelle d’une tranche, fournissant ainsi ce matériau en vrac incroyablement résistant.

"Avec l'avènement du carbure de silicium amorphe, nous sommes à la veille d'une recherche sur les puces électroniques pleine de possibilités technologiques", a conclu Knott.

Ce matériau solide en couche mince présente un grand potentiel pour les applications dans les capteurs nanomécaniques, les cellules solaires, les applications biologiques, l'exploration spatiale et d'autres domaines où résistance et stabilité sont requises dans des environnements dynamiques. Les résultats de cette étude ouvrent de nouvelles possibilités pour l’utilisation de matériaux amorphes en couches minces dans des applications hautes performances.

Source compilée : ScitechDaily