Grâce à des angles de torsion magiques et à des états d'énergie uniques, il est possible de concevoir sur mesure, des matériaux atomiquement minces qui pourraient être inestimables pour l'électronique future. Maintenant, chercheurs de l'Université de technologie Chalmers, Suède, et l'Université de Ratisbonne en Allemagne ont mis en lumière la dynamique ultrarapide de ces nouveaux matériaux. Les résultats ont été récemment publiés dans la prestigieuse revue Matériaux naturels .

Imaginez que vous construisez une cellule solaire ultra-fine et économe en énergie. Vous avez un matériau qui conduit le courant et un autre qui absorbe la lumière. Vous devez donc utiliser les deux matériaux pour obtenir les propriétés souhaitées, et le résultat peut ne pas être aussi mince que vous l'espériez.

Imaginez maintenant que vous avez des couches atomiquement minces de chaque matériau, que vous placez les uns sur les autres. Vous tordez une couche vers l'autre d'une certaine quantité, et soudain une nouvelle connexion se forme, avec des états d'énergie spéciaux – connus sous le nom d'excitons intercouches – qui existent dans les deux couches. Vous avez maintenant le matériau souhaité à un niveau atomiquement mince.

Ermine Malic, chercheur à l'Université de technologie Chalmers, en collaboration avec des collègues chercheurs allemands autour de Rupert Huber à l'Université de Ratisbonne, a maintenant réussi à montrer à quelle vitesse ces états se forment et comment ils peuvent être réglés à travers des angles de torsion. Empiler et tordre des matériaux atomiquement minces comme des briques Lego, dans de nouveaux matériaux appelés « hétérostructures », est un domaine de recherche qui n'en est qu'à ses débuts.

« Ces hétérostructures ont un potentiel énorme, car nous pouvons concevoir des matériaux sur mesure. La technologie pourrait être utilisée dans les cellules solaires, électronique souple, et peut-être même dans les ordinateurs quantiques à l'avenir, " dit Ermin Malic, Professeur au Département de physique de Chalmers.

Ermin Malic et ses doctorants Simon Ovesen et Samuel Brem ont récemment collaboré avec des chercheurs de l'Université de Ratisbonne. Le groupe suédois a été responsable de la partie théorique du projet, tandis que les chercheurs allemands ont mené les expériences. Pour la première fois, à l'aide de méthodes uniques, ils ont réussi à révéler les secrets de la formation ultrarapide et de la dynamique des excitons intercouches dans les matériaux à hétérostructure. Ils ont utilisé deux lasers différents pour suivre la séquence des événements. En tordant des matériaux atomiquement minces l'un vers l'autre, ils ont démontré qu'il est possible de contrôler la rapidité avec laquelle la dynamique des excitons se produit.

"Ce domaine de recherche émergent est tout aussi fascinant et intéressant pour le monde universitaire que pour l'industrie, " dit Ermin Malic. Il dirige le Chalmers Graphene Centre, qui rassemble la recherche, l'éducation et l'innovation autour du graphène, d'autres matériaux et hétérostructures atomiquement minces sous un même parapluie.

Ces types de matériaux prometteurs sont connus sous le nom de matériaux bidimensionnels (2D), car ils ne sont constitués que d'une couche atomiquement mince. En raison de leurs propriétés remarquables, ils sont considérés comme ayant un grand potentiel dans divers domaines technologiques. Graphène, constitué d'une seule couche d'atomes de carbone, est l'exemple le plus connu. Il commence à être appliqué dans l'industrie, par exemple dans les détecteurs ultra-rapides et très sensibles, dispositifs électroniques flexibles et matériaux multifonctionnels dans l'automobile, industries de l'aérospatiale et de l'emballage.

Mais le graphène n'est qu'un des nombreux matériaux 2D qui pourraient être d'une grande utilité pour notre société. Il y a actuellement beaucoup de discussions sur les hétérostructures constituées de graphène combiné à d'autres matériaux 2-D. En peu de temps, la recherche sur les hétérostructures a fait de grandes avancées, et la revue La nature a récemment publié plusieurs articles révolutionnaires dans ce domaine de recherche.

A Chalmers, plusieurs groupes de recherche travaillent à la pointe du graphène. Le Graphene Center investit désormais dans de nouvelles infrastructures afin de pouvoir élargir le domaine de recherche pour inclure également d'autres matériaux 2D et hétérostructures.

« Nous voulons établir un pôle solide et dynamique pour les matériaux 2D ici à Chalmers, afin que nous puissions jeter des ponts avec l'industrie et faire en sorte que nos connaissances profitent à la société, " dit Ermin Malic.

Le papier, Publié dans Matériaux naturels , est intitulé "Transition ultrarapide entre les phases d'excitons dans les hétérostructures de van der Waals".