Borophène. Comme le graphène, mais meilleur.

Graphène à base de bore

Les sciences des matériaux continuent de faire de nouvelles découvertes, dont les matériaux 2D. Ce sont des matériaux organisés en une fine couche d’un seul atome, d’où le surnom. Le premier était graphène monocouche, qui n’a été produit de façon certaine qu’en 2004, bien que l’idée et la théorie soient beaucoup plus anciennes, et qui ont conduit les découvreurs à remporter le prix Nobel de physique en 2010.

Le borophène, un autre matériau 2D, est encore plus récent, n’ayant été découvert qu’en 2015. Il est composé d’atomes de bore au lieu des atomes de carbone utilisés dans le graphène. Il est encore plus conducteur, plus fin, plus léger, plus résistant et plus flexible que le graphène, bien que le graphène soit souvent décrit comme un matériau miracle.

Source : Nature

Comme il est si récent, nous connaissons encore peu les propriétés réelles et le plein potentiel du borophène. C’est un matériau encore plus complexe que le graphène, avec de nombreuses configurations moléculaires possibles tout en conservant ses propriétés 2D. Les structures moléculaires du borophène peuvent accueillir d’autres types d’atomes, rendant les configurations potentielles encore plus nombreuses.

Source : Frontiers of Physics

Et le potentiel du borophène continue de croître, les chercheurs de Penn State ayant découvert comment améliorer le borophène, et ayant également étudié son interaction avec les cellules vivantes.

Nouveau borophène chiral

Dans une publication scientifique intitulée « Induction de chiralité dans les nanoplaquettes 2D de borophène par conjugaison stéréosélective bore–soufre », les chercheurs de Penn State se sont concentrés sur une caractéristique unique du borophène parmi les matériaux 2D, sa possible « chiralité ». La chiralité est un terme de chimie qui signifie que les molécules ont une symétrie gauche/droite. La chiralité est une caractéristique importante des molécules organiques, par exemple les acides aminés qui sont les éléments constitutifs des protéines.

Source : UC Santa Barbara

C’est grâce à l’interaction avec des acides aminés chiraux comme la cystéine pendant le processus de production que les chercheurs ont réussi à conférer une chiralité au borophène, une première mondiale pour les matériaux 2D.

« Dans les molécules, la chiralité peut faire en sorte que les unités biologiques ou chimiques existent en deux versions qui ne peuvent pas être parfaitement appariées, comme une paire de moufles gauche et droite. Elles peuvent se refléter exactement, mais une moufle gauche ne s’ajustera jamais à la main droite aussi bien qu’elle s’ajuste à la main gauche. »

Pr. Dipanjan Pan

Exploiter la chiralité dans le domaine de la santé

Les chercheurs ont synthétisé des plaquettes de borophène, de façon similaire à la manière dont des fragments de borophène pourraient pénétrer dans la circulation sanguine. Ils ont découvert que les propriétés chirales des différentes versions du borophène interagissaient différemment avec les membranes cellulaires, et pénétraient les cellules de manière distincte.

Cela ouvre la voie à la conception de structures de borophène sur mesure pour des applications telles que le « développement d’imageries médicales à haute résolution avec un contraste capable de suivre précisément les interactions cellulaires ou une meilleure délivrance de médicaments grâce à des interactions matériau-cellule ciblées ».

Une meilleure compréhension de la façon dont la structure du borophène interagit avec les cellules vivantes aidera également à clarifier son profil de sécurité.

Cela pourrait également conduire à des dispositifs médicaux implantables plus sûrs et plus efficaces qui tirent parti des propriétés uniques du borophène. Non seulement c’est un matériau très léger et résistant, mais le borophène permet également un contrôle magnétique et électronique efficace.

Ainsi, le borophène pourrait également être utilisé pour développer des biocapteurs ou des systèmes biomécaniques.

Autres applications du borophène

De même que le graphène, le borophène est un matériau prometteur pour de nombreuses applications de haute technologie. Parmi elles :

• Photonique informatique : notamment, le borophène pourrait être utilisé dans les lasers pour des applications photoniques.
• Catalyse, notamment pour les interactions impliquant hydrogène et oxygène. Il pourrait également être utilisé pour stocker l’hydrogène plus efficacement.
• Capteurs, notamment pour les gaz, mais aussi, comme mentionné, l’imagerie biologique telle que imagerie par fluorescence, imagerie photothermique, et imagerie photoacoustique.
• Batteries, y compris pour fabriquer des anodes en borophène.
• Énergie avancée, y compris ultra-capaciteurs et supraconducteurs.

Ces applications pourraient potentiellement bénéficier du borophène chiral, et le nouveau matériau devra être testé séparément pour chacune d’elles.

Entreprises potentielles de borophène

En tant que matériau découvert il y a moins d’une décennie, le borophène est encore loin d’une production de masse et reste principalement confiné aux laboratoires de sciences des matériaux (et bientôt de biologie ?)

Cependant, la façon dont le borophène a été synthétisé pour la première fois en 2015, une méthode appelée « dépôt chimique en phase vapeur » ou CVD, n’est pas une technologie nouvelle. Elle est couramment utilisée dans l’industrie des semi-conducteurs pour produire des circuits intégrés et des systèmes photovoltaïques (panneaux solaires).

Le CVD est utilisé pour créer des couches ultra-fines de silicium, de tungstène, de graphène, voire de diamants synthétiques. Ainsi, toute entreprise déjà leader dans les équipements CVD pourrait devenir un bénéficiaire majeur de la gamme croissante d’applications du graphène et désormais du borophène.

Le CVD fait partie des outils utilisés par de nombreuses entreprises de semi-conducteurs que nous avons listées dans « Top 10 des actions d’équipement semi-conducteur pour le soutien à la fabrication ». Mais certaines entreprises sont plus étroitement liées à la technologie CVD que d’autres, actives dans différentes parties du processus de fabrication des semi-conducteurs.

1. Veeco

Veeco est un fournisseur majeur d’équipements pour l’industrie de la fabrication de semi-conducteurs depuis sa création en 1945. Ses machines sont utilisées dans la production de puces EUV avancées, d’antennes 5G, de disques durs, de LIDAR, de LED, d’électronique de puissance pour les véhicules électriques, etc.

Source : Veeco

L’objectif technologique principal de l’entreprise est le même processus CVD utilisé pour la production de borophène, ou plus précisément MOCVD (déposition chimique en phase vapeur organométallique).

Source : Veeco

En tant que leader dans ce segment de niche de l’industrie des semi-conducteurs, Veeco pourrait être un bon candidat pour miser sur la montée des applications CVD supplémentaires découlant de l’utilisation croissante du graphène, du tungstène et du borophène, à mesure que nous progressons dans la manipulation de la matière au niveau atomique.

Il bénéficiera également probablement des tendances massives de la numérisation, de l’IA et de l’électrification.

2. Ulvac (6728.T)

L’entreprise japonaise Ulvac est spécialisée dans la technologie du vide, notamment utilisée dans CVD et les applications semi-conductrices. Cela en fait un fournisseur d’équipements clé pour les producteurs de puces, de LED, de photovoltaïques, de batteries, etc.

Source : Ulvac

L’entreprise est également active sur d’autres marchés, notamment les FPD (affichages à panneaux plats) comme les écrans et les téléviseurs. Elle produit également des pièces en métaux haute performance tels que le titane, le tantale, le zirconium, le niobium, etc., ainsi que des équipements industriels pour une très large gamme d’applications (pièces de moteurs à combustion interne, matériaux magnétiques, lyophilisation ou purification de produits pharmaceutiques, séchage sous vide des aliments).

Source : Ulvac Q3 2024

La technologie Ulvac est cruciale pour le processus CVD, et ses ventes bénéficieront probablement des nouvelles applications et de la demande croissante de matériaux avancés nécessitant le vide, tels que les batteries, les puces, les panneaux solaires, les aimants, les LED, les écrans, les produits pharmaceutiques avancés, etc.

Cependant, grâce à la gamme plus large d’applications potentielles, elle dépend moins de l’activité de l’industrie des semi-conducteurs que les entreprises purement CVD comme Veeco.

Compte tenu du caractère cyclique de l’activité commerciale pour les fournisseurs d’équipements de fabrication de semi-conducteurs, cela fait d’Ulvac un investissement probablement moins volatil. Il devrait également être moins exposé au risque croissant de guerres commerciales entre les États‑Unis et la Chine dans l’industrie des semi-conducteurs.