a) La nouvelle technique de mesure envoie des électrons sur les matériaux empilés selon un angle. En analysant la réflexion des électrons, les chercheurs peuvent mieux comprendre comment les couches bidimensionnelles fonctionnent ensemble pour établir les propriétés du matériau combiné. b) L'objectif à long terme est que les chercheurs conçoivent de nouveaux matériaux, en construisant un « gâteau de sandwich » de couches de matériaux avec les propriétés exactes souhaitées. Crédits :Johannes Jobst
Des physiciens de la Fondation FOM et de l'Université de Leiden ont trouvé un moyen de mieux comprendre les propriétés des matériaux « intelligents » fabriqués par l'homme. Leur méthode révèle comment les couches empilées dans un tel matériau fonctionnent ensemble pour amener le matériau à un niveau supérieur. Le chef du groupe Sense Jan van der Molen et son équipe de recherche publieront leurs résultats le 26 novembre 2015 dans Communication Nature .
Pouvons-nous concevoir des matériaux intelligents avec des propriétés entièrement nouvelles ? Une manière très prometteuse d'y parvenir consiste à empiler des couches extrêmement minces – d'un seul atome d'épaisseur – dans un matériau tridimensionnel; une sorte de gâteau sandwich. Assez intéressant, les propriétés de ces matériaux composites ne sont pas seulement déterminées par les propriétés des couches individuelles. L'interaction entre les couches joue également un rôle important. Par conséquent, un tel matériau en couches peut avoir des propriétés très différentes de celles auxquelles vous pourriez vous attendre en fonction de la combinaison des propriétés des couches individuelles ; le tout est plus que la somme des parties. Des physiciens de la FOM et de l'Université de Leiden ont développé une technique qui leur permet d'étudier l'interaction entre les couches de matériaux.
Structure de bande
Les propriétés électroniques d'un matériau, exprimé dans ce qu'on appelle la structure de bande, déterminer le comportement du matériau. La structure de bande vous indique quelle énergie un électron dans le matériau peut avoir et comment cette énergie dépend de la vitesse de l'électron. Il existe des énergies autorisées ('bandes') et des énergies interdites ('bandes interdites'). Une grande partie de cette structure de bande était auparavant difficile à mesurer. Le premier auteur Johannes Jobst et ses collègues ont surmonté le problème en utilisant et en améliorant un microscope spécial :un microscope électronique à faible consommation (LEEM).
Le microscope envoie des électrons avec une énergie spécifique sur le matériau sondé. Les chercheurs mesurent ensuite combien d'électrons de différentes énergies sont réfléchis. Lorsqu'un électron entrant rencontre un état inoccupé dans le matériau, il n'est pas reflété. Inversement, quand il n'y a pas d'états libres avec l'énergie de l'électron entrant, le taux de réflexion est élevé. En utilisant cette méthode, les chercheurs peuvent mesurer quels états électroniques occupés et inoccupés sont présents dans le matériau en couches et, par conséquent, à quoi ressemble la structure de la bande.
En faisant cela avec divers empilements de graphène, les chercheurs ont réussi à révéler comment les bandes associées aux différentes couches interagissent les unes avec les autres. La méthode a un 100, Résolution spatiale 000 fois plus élevée que les méthodes conventionnelles. Ceci est important car les matériaux stratifiés actuels ont une surface extrêmement petite (beaucoup plus petite qu'un millimètre carré).
Matériaux de conception
Dès que les scientifiques ont une bonne compréhension de l'interaction, ils pourraient peut-être passer à l'étape suivante :« Nous voulons pouvoir choisir certaines propriétés à l'avance et ensuite empiler les couches de manière à réaliser le matériau souhaité, " déclare Sense Jan van der Molen. " Ces matériaux design sont l'objectif à long terme. "
