Blog

Nov 03, 2023

Faire de grands progrès dans la compréhension des lacunes à l’échelle nanométrique

18 août 2023 Cet article a été révisé conformément au processus éditorial et aux politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en avant les attributs suivants tout en garantissant la crédibilité du contenu :

18 août 2023

Cet article a été révisé conformément au processus éditorial et aux politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en avant les attributs suivants tout en garantissant la crédibilité du contenu :

faits vérifiés

publication évaluée par des pairs

source fiable

relire

par Denise Yazak, Laboratoire national de Brookhaven

Créer de nouveaux matériaux en combinant des couches aux propriétés uniques et bénéfiques semble être un processus assez intuitif : empiler les matériaux et cumuler les avantages. Cependant, ce n'est pas toujours le cas. Tous les matériaux ne permettent pas à l’énergie de circuler à travers eux de la même manière, ce qui fait que les avantages d’un matériau se font au détriment d’un autre.

À l'aide d'outils de pointe, des scientifiques du Center for Functional Nanomaterials (CFN), d'une installation utilisateur du Département américain de l'énergie (DOE) du Brookhaven National Laboratory et de l'Institut de physique expérimentale de l'Université de Varsovie ont créé une nouvelle structure en couches avec Matériaux 2D qui présentent un transfert d'énergie et de charge unique. Comprendre ses propriétés matérielles pourrait conduire à des avancées technologiques telles que les cellules solaires et autres dispositifs optoélectroniques. Les résultats ont été publiés dans la revue Nano Letters.

Les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) sont une classe de matériaux structurés comme des sandwichs avec des couches atomiquement minces. La chair d'un TMD est un métal de transition, qui peut former des liaisons chimiques avec des électrons sur leur orbite ou leur coquille la plus externe, comme la plupart des éléments, ainsi qu'avec la coquille suivante. Ce métal est pris en sandwich entre deux couches de chalcogènes, une catégorie d'éléments contenant de l'oxygène, du soufre et du sélénium.

Les chalcogènes ont tous six électrons dans leur couche la plus externe, ce qui rend leur comportement chimique similaire. Chacune de ces couches de matériaux n'a qu'un atome d'épaisseur, soit un millionième de l'épaisseur d'une mèche de cheveux humains, ce qui les amène à être appelées matériaux bidimensionnels (2D).

"Au niveau atomique, vous pouvez voir ces propriétés électroniques uniques et réglables", a déclaré Abdullah Al-Mahboob, un scientifique de Brookhaven au sein du groupe CFN Interface Science and Catalysis. "Les TMD sont comme un terrain de jeu pour la physique. Nous déplaçons l'énergie d'un matériau à l'autre au niveau atomique."

De nouvelles propriétés commencent à émerger des matériaux à cette échelle. Le graphène, par exemple, est la version 2D du graphite, le matériau dont sont faits la plupart des crayons. Dans une expérience lauréate du prix Nobel, des scientifiques ont utilisé un morceau de ruban adhésif pour retirer des flocons de graphite afin d'étudier une couche de graphène. Les chercheurs ont découvert que le graphène était incroyablement résistant au niveau atomique : 200 fois plus résistant que l’acier par rapport à son poids. De plus, le graphène est un excellent conducteur thermique et électrique et possède un spectre d’absorption lumineuse unique. Cela a ouvert la porte à l’étude des formes 2D d’autres matériaux et de leurs propriétés.

Les matériaux 2D sont intéressants en eux-mêmes, mais lorsqu’ils sont combinés, des choses surprenantes commencent à se produire. Chaque matériau possède son propre super pouvoir : protéger les matériaux de l'environnement, contrôler le transfert d'énergie, absorber la lumière à différentes fréquences. Lorsque les scientifiques commencent à les empiler, ils créent ce que l'on appelle une hétérostructure. Ces hétérostructures sont capables de choses extraordinaires et pourraient un jour être intégrées dans les technologies futures, comme des composants électroniques plus petits et des détecteurs de lumière plus avancés.

Même si l’exploration de ces matériaux a peut-être commencé avec quelque chose d’aussi simple qu’un morceau de ruban adhésif, les outils utilisés pour extraire, isoler, cataloguer et construire des matériaux 2D sont devenus très avancés. Au CFN, tout un système est dédié à l’étude de ces hétérostructures et des techniques utilisées pour les créer : la Quantum Material Press (QPress).