Depuis quelques années, il est envisageable d’isoler des feuillets de l’épaisseur d’un atome et large de quelques dizaines de micromètres, avec des matériaux métalliques, isolants, ou semiconducteurs. Il est aussi possible d’assembler ces feuillets les uns sur les autres de manière hétéroclite. Un de ces matériaux est le MoS2. Cependant, peu d’expériences ont été effectuées sur des membranes de ce matériau en situation de suspension et pour lesquelles le stress peut-être modulé. En tenant compte du confinement bidimensionnel et de sa propension à posséder une structure cristalline modifiable, par exemple à l’aide du stress mécanique, on découvre différentes propriétés surprenantes de ce matériau aussi bien pour les électrons, que les photons ou encore les phonons.
Des chercheurs du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/Université Paris-Sud), en collaboration avec l’Université de Pennsylvanie, ont étudié un nouveau type d’échantillon avec de larges monofeuillets suspendus de MoS2 reposant sur des tapis de piliers de SiO2 et mis en contact électriquement. En contrôlant la géométrie des piliers, ils ont pu créer des réseaux périodiques de résonateurs mécaniques de grande qualité. Leurs travaux sont publiés dans la revue ACS Nano.
Afin de parvenir à cela, les chercheurs ont d’abord dû extraire par micro Raman les propriétés intrinsèques du système : le dopage, la conductivité thermique et surtout le stress engendré par les piliers, et ceci pour de nombreux types de géométries. Ils ont démontré pour la première fois qu’il est possible d’obtenir un système de grande qualité et homogène sur de grandes périodes de piliers. Ce type de structure hybride optoelectromécaniques (NOEMS) couple à la fois la nanomécanique avec des propriétés intéressantes du MoS2 comme un très fort photocourant, des effets de mémoire éléctronique ou bien encore une émission optique spontanée engendrée par la pliure du MoS2 par les piliers.
Figure : Sur la gauche, des échantillons de MoS2 monocouches suspendus sur des tapis de piliers de SiO2 avec un schéma. Sur la droite, un diagramme des positions des pics obtenus par spectroscopie Raman, pour discriminer les effets de stress, de dopage et de température. Il est possible de corréler la propriété du MoS2, qui varie de manière dominante le long de l’échantillon, avec un design spécifique des piliers de SiO2. © C2N / J. Chaste
Référence :
Intrinsic Properties of Suspended MoS2 on SiO2/Si Pillar Arrays for Nanomechanics and Optics,
J. Chaste1, A. Missaoui1, S. Huang1, H. Henck1, Z. Ben Aziza1, L. Ferlazzo1, C. Naylor2, A. Balan2, A. T. C. Johnson2, R. Braive1,3, A. Ouerghi1, ACS Nano (2018)
DOI: doi:10.1021/acsnano.7b07689
1 Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/Université Paris-Sud)
2 Department of Physics and Astronomy, University of Pennsylvania, USA
3 Université Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité
Contact : Julien Chaste, Chercheur CNRS au C2N
