Les scientifiques ont développé du carbure de silicium amorphe, un matériau solide et évolutif potentiellement utilisé dans les capteurs à micropuces, les cellules solaires et l’exploration spatiale. Cette percée promet des progrès significatifs dans la science des matériaux et la technologie des micropuces. Vue d’artiste de nanocordes de carbure de silicium amorphe testant jusqu’à leur résistance à la traction limite. Crédit : Brosse scientifique
Un matériau qui ne rivalise pas seulement avec la résistance des diamants et graphènemais possède une limite d’élasticité 10 fois supérieure à celle du Kevlar, réputé pour son utilisation dans les gilets pare-balles.
Des chercheurs de l’Université de technologie de Delft, dirigés par le professeur adjoint Richard Norte, ont dévoilé un nouveau matériau remarquable susceptible d’avoir un impact sur le monde de la science des matériaux : le carbure de silicium amorphe (a-SiC).
Au-delà de sa résistance exceptionnelle, ce matériau démontre des propriétés mécaniques cruciales pour l’isolation vibratoire sur une puce électronique. Le carbure de silicium amorphe est donc particulièrement adapté à la réalisation de capteurs à micropuces ultra-sensibles.
La gamme d’applications potentielles est vaste. Des capteurs à micropuces ultrasensibles et des cellules solaires avancées à l’exploration spatiale pionnière et ADN technologies de séquençage. Les avantages de la solidité de ce matériau combinés à son évolutivité le rendent exceptionnellement prometteur.
Dix voitures de taille moyenne
« Pour mieux comprendre la caractéristique cruciale du terme « amorphe », considérez la plupart des matériaux comme étant constitués d’atomes disposés selon un motif régulier, comme une tour LEGO complexe », explique Norte. « On les qualifie de matériaux « cristallins », comme par exemple le diamant. Ses atomes de carbone sont parfaitement alignés, ce qui contribue à sa célèbre dureté. Cependant, les matériaux amorphes s’apparentent à un ensemble de Legos empilés de manière aléatoire, dans lequel les atomes ne sont pas disposés de manière cohérente. Mais contrairement aux attentes, cette randomisation n’entraîne pas de fragilité. En fait, le carbure de silicium amorphe témoigne de la force qui émerge d’un tel hasard.
La résistance à la traction de ce nouveau matériau est de 10 GigaPascal (GPa). « Pour comprendre ce que cela signifie, imaginez que vous essayiez d’étirer un morceau de ruban adhésif jusqu’à ce qu’il se brise. Maintenant, si vous souhaitez simuler une contrainte de traction équivalente à 10 GPa, vous devrez accrocher une dizaine de voitures de taille moyenne bout à bout sur cette bande avant qu’elle ne se brise », explique Norte.
Nanocordes
Les chercheurs ont adopté une méthode innovante pour tester la résistance à la traction de ce matériau. Au lieu des méthodes traditionnelles susceptibles d’introduire des imprécisions dans la manière dont le matériau est ancré, ils se sont tournés vers la technologie des micropuces. En faisant croître les films de carbure de silicium amorphe sur un substrat de silicium et en les suspendant, ils ont exploité la géométrie des nanostrings pour induire des forces de traction élevées. En fabriquant de nombreuses structures de ce type avec des forces de traction croissantes, ils ont méticuleusement observé le point de rupture. Cette approche basée sur les micropuces garantit non seulement une précision sans précédent, mais ouvre également la voie à de futurs tests de matériaux.
Pourquoi se concentrer sur les nanostrings ? « Les nanostrings sont des éléments de base fondamentaux, la base même qui peut être utilisée pour construire des structures suspendues plus complexes. Démontrer une limite d’élasticité élevée dans un nanostring se traduit par la démonstration de la résistance dans sa forme la plus élémentaire.
Du micro au macro
Et ce qui distingue finalement ce matériel, c’est son évolutivité. Le graphène, une seule couche d’atomes de carbone, est connu pour sa résistance impressionnante mais est difficile à produire en grande quantité. Les diamants, bien qu’immensément résistants, sont soit rares par nature, soit coûteux à synthétiser. Le carbure de silicium amorphe, en revanche, peut être produit à l’échelle d’une tranche, offrant ainsi de grandes feuilles de ce matériau incroyablement robuste.
« Avec l’émergence du carbure de silicium amorphe, nous nous trouvons au seuil d’une recherche sur les puces électroniques débordant de possibilités technologiques », conclut Norte.
