La découverte du graphène, avec son rapport résistance/poids élevé, la flexibilité, conductivité électrique, et capacité à former une barrière impénétrable, a conduit à une explosion d'intérêt pour les solides 2-D. Faible, les interactions à longue portée donnent aux solides 2D certains de leurs comportements les plus intéressants ; donc, comprendre ces interactions est crucial pour développer davantage ces matériaux. Cependant, le support expérimental pour la modélisation théorique des interactions de van der Waals qui maintiennent les couches de ces matériaux ensemble a fait défaut.

Maintenant, un groupe de recherche international dirigé par l'Université de Tsukuba et l'Université d'Aarhus a réalisé des expériences de diffraction des rayons X synchrotron sur le bisulfure de titane (TiS2) - un matériau dichalogénure de métal de transition (TMD) avec une structure en couches 2-D - et a comparé les résultats avec la théorie calculs. Leur travail de référence a été récemment publié dans Matériaux naturels .

"L'interaction entre les couches dans les matériaux de van der Waals tels que TiS2 a une incidence significative sur leur modification, En traitement, et montage, ", explique le co-auteur de l'étude, Eiji Nishibori. "En modélisant les données expérimentales du synchrotron et en les comparant aux calculs de la théorie fonctionnelle de la densité, nous avons révélé des informations surprenantes sur la nature du partage d'électrons entre les couches de ces matériaux."

TiS2 est un matériau archétypal de van der Waals, avec des couches constituées de feuilles de titane et de soufre interagissant par des liaisons chimiques fortes, où les électrons sont partagés entre les atomes, résultant en une structure relativement fixe. Entre ces feuilles, les interactions S…S van der Waals à longue portée attirent les couches les unes vers les autres, ce qui leur permet de s'accumuler, formant des matériaux solides. Ces interactions sont connues pour être beaucoup plus faibles que celles au sein des feuilles 2-D, cependant, utilisant un rayonnement X synchrotron à haute énergie pour mesurer avec précision un seul cristal de TiS2, les chercheurs ont pu montrer que les interactions intercouches sont en fait plus fortes que la théorie ne l'indique, et impliquent un partage d'électrons important.

"Ce travail fournit une compréhension fondamentale d'une classe passionnante de matériaux avec de nombreuses applications potentielles dans des technologies telles que les batteries ioniques, catalyse, et supraconducteurs, ", explique l'auteur principal Hidetaka Kasai. "Nos expériences sont les premières à révéler la vraie nature des interactions qui rendent les matériaux 2D si intéressants, et nous espérons qu'ils soutiendront de nombreux développements futurs dans ce domaine."

L'excellent accord des données de diffraction synchrotron avec les calculs théoriques pour décrire les interactions Ti-S intracouche, prend en charge la validité de ces nouvelles différences pour les interactions à longue distance à travers les espaces intercouches. Les résultats devraient contribuer de manière substantielle à la compréhension fondamentale de la faible liaison chimique dans les matériaux stratifiés 2D en général, et au développement de matériaux TMD.