Des scientifiques de l'Université nationale de Singapour ont découvert le mécanisme impliqué lorsque les dichalcogénures de métaux de transition sur des substrats métalliques passent de la phase semi-conductrice 1H à la phase 1T' quasi-métallique.

Les dichalcogénures de métaux de transition bidimensionnels (2-D-TMD) tels que le bisulfure de molybdène monocouche (MoS 2 ) sont des semi-conducteurs atomiquement minces dans lesquels une couche d'atome de métal de transition est prise en sandwich entre deux couches d'atomes de chalcogène, sous la forme MX2. Ils peuvent exister à la fois dans une phase semi-conductrice 1H et une phase 1T' quasi-métallique, chacun ayant une structure cristalline différente. La phase 1T' est particulièrement intéressante car les prédictions théoriques montrent qu'elle a le potentiel d'être utilisée dans des applications moins conventionnelles, tels que les électrodes de super condensateur et les catalyseurs de réaction de dégagement d'hydrogène. Cependant, la quantité de 2-D-TMD de phase 1T' qui peut être obtenue en les convertissant de la phase 1H par un processus de transition de phase est faible. Cela limite potentiellement l'utilisation de ces nouveaux matériaux pour une large gamme d'applications.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Andrew Wee du département de physique de la faculté des sciences de l'Université nationale de Singapour (NUS) a découvert que si différents matériaux 2-D-TMD ont leurs propres barrières énergétiques intrinsèques lors du passage du 1H au 1T ' phase structurelle, l'utilisation d'un substrat métallique avec une réactivité chimique plus élevée peut augmenter de manière significative le rendement de transition de phase 1H- à 1T'-. Il s'agit d'une méthode pratique et à haut rendement pour obtenir des matériaux 2-D-TMD dans leur phase métallique 1T'. Lorsque le matériau 2-D-TMD est mis en contact avec le substrat métallique, comme l'or, argent et cuivre, les charges électriques sont transférées du substrat métallique au matériau 2-D-TMD. Par ailleurs, il affaiblit considérablement la force de liaison de la structure 2-D-TMD, et augmente l'amplitude de l'énergie de liaison interfaciale. Cela augmente à son tour la susceptibilité de la transition de phase structurelle 1H-1T'. Par conséquent, cette hybridation interfaciale améliorée à l'interface des deux matériaux rend la transition de phase structurelle 1H-1T' beaucoup plus facile à réaliser.

L'équipe de recherche NUS a combiné plusieurs techniques expérimentales et calculs de premiers principes dans leurs travaux de recherche. Il s'agit notamment des spectroscopies optiques, la microscopie électronique à transmission à haute résolution et la théorie fonctionnelle de la densité basés sur les calculs des premiers principes pour identifier les changements de phase (à la fois les phases 1H et 1T') des TMD 2-D dans les échantillons.

Cette étude fournit de nouvelles informations sur l'influence de l'hybridation interfaciale affectant la dynamique de transition de phase des 2-D-TMD. Les résultats peuvent potentiellement être utilisés dans un système modèle pour la croissance contrôlée de 2-D-TMD sur des substrats métalliques, créant des possibilités pour de nouvelles applications d'appareils basées sur les 2-D-TMD.

Le professeur Wee a dit, "La contrôlabilité de la transition de phase semi-conducteur à métal aux interfaces 2-D-TMD et métalliques peut permettre de nouvelles applications de dispositifs telles que les électrodes à faible résistance de contact."