Les chercheurs ont découvert que l’étirement des nanostructures de diamant en forme de pont peut modifier leurs propriétés électroniques
Le diamant est un matériau réputé pour sa dureté, mais les scientifiques de la City University de Hong Kong ont réussi à l’étirer plus que jamais. Pourquoi ? L’étirement d’échantillons à l’échelle nanométrique modifie leurs propriétés électroniques et optiques, ce qui pourrait ouvrir un nouveau monde de dispositifs en diamant.
Dire que le diamant n’est pas très élastique est un euphémisme – alors que les matériaux les plus tendus peuvent atteindre des tensions élastiques de quelques centaines de pour cent, le diamant brut dépasse moins de 0,4 pour cent.
À l’échelle nanométrique, cependant, le diamant devrait théoriquement être capable d’une élasticité beaucoup plus élevée. Il y a quelques années, l’équipe de la City University a plié des aiguilles de diamant à l’échelle nanométrique pour obtenir des tensions élastiques d’environ 9 %.
Dans cette nouvelle étude, l’équipe a franchi une étape supplémentaire. Ils ont fabriqué des échantillons de diamant en forme de pont d’environ 1 000 nanomètres de long et 300 nm de large, et les ont étirés dans le sens de la longueur. Sur une série de cycles, le diamant a montré une déformation élastique d’environ 7,5 % sur l’ensemble de la pièce, avant de reprendre sa forme initiale une fois la pression supprimée.
Lors de tests de suivi, les chercheurs ont optimisé la forme des échantillons, puis ont réussi à étirer le diamant encore plus, jusqu’à 9,7 %. Cela, disent-ils, est proche de la limite élastique théorique du diamant.
Un diagramme montrant comment les nanostructures de diamant de forme spéciale ont été étirées
Mais l’expérience ne se limitait pas à étirer le diamant pour le plaisir, elle pouvait ouvrir la voie à de nouveaux composants électroniques en diamant. L’application de ce type d’étirement peut en fait modifier certaines des propriétés électroniques et photoniques d’un matériau.
Pour savoir dans quelle mesure, l’équipe a simulé les propriétés électroniques du diamant sous différents niveaux de contrainte, entre zéro et 12 %. Ils ont découvert qu’à mesure que la contrainte de traction augmentait, la bande interdite du diamant diminuait, ce qui signifie essentiellement qu’il devenait plus conducteur d’électricité. Elle a atteint son maximum avec une chute de 2 électrons-Volt lorsqu’elle était soumise à une contrainte d’environ 9 %. En utilisant la spectroscopie, les scientifiques ont vérifié cette tendance à la diminution de la bande interdite dans les échantillons de diamant.
Selon l’équipe, la déformation du diamant pourrait le rendre plus utile pour toute une série d’applications électroniques. Il est intéressant de noter que les simulations ont également suggéré qu’en étirant le diamant au-delà de 9 % dans une orientation cristalline différente, sa bande interdite passerait d’indirecte à directe. Cela signifie qu’un électron qui le traverse pourrait émettre directement un photon, ce qui pourrait rendre les dispositifs optoélectroniques plus efficaces.
https://science.sciencemag.org/content/371/6524/76
