Les scientifiques de Skoltech et du MIPT ont prédit puis confirmé expérimentalement l'existence de films minces hexagonaux exotiques de NaCl sur une surface de diamant. Ces films peuvent être utiles comme diélectriques de grille pour les transistors à effet de champ dans les véhicules électriques et les équipements de télécommunication. La recherche, soutenu par la Fondation scientifique russe, a été publié dans Le Journal des lettres de chimie physique .

Comme le graphène, le fameux carbone bidimensionnel, a été préparée expérimentalement et caractérisée en 2004 par les futurs lauréats du prix Nobel Andre Geim et Konstantin Novoselov, les scientifiques ont commencé à étudier d'autres matériaux 2D dotés de propriétés intéressantes. Parmi ceux-ci se trouvent la silicène, stanène et borophène - monocouches de silicium, étain, et le bore, respectivement, ainsi que des couches 2D de MoS 2 , CuO, et d'autres composés.

Doctorat Skoltech étudiante Kseniya Tikhomirova, Le Dr Alexander Kvashnin de Skoltech et le professeur Artem R. Oganov de Skoltech et MIPT ainsi que leurs collègues se sont appuyés sur des études antérieures de films minces de NaCl pour émettre l'hypothèse de l'existence d'un film de NaCl hexagonal inhabituel d'un nanomètre d'épaisseur sur la surface (110) du diamant.

"Au départ, nous avons décidé de n'effectuer qu'une étude informatique de la formation de nouvelles structures 2D sur différents substrats, poussé par l'hypothèse que si un substrat interagit fortement avec le film mince de NaCl, on peut s'attendre à des changements majeurs dans la structure du film mince. En effet, nous avons obtenu des résultats très intéressants et prédit la formation d'un film hexagonal de NaCl sur le substrat de diamant, et a décidé de faire des expériences. Merci à nos collègues qui ont réalisé les expériences, nous avons synthétisé ce NaCl hexagonal, ce qui prouve notre théorie, " dit Kseniya Tikhomirova, le premier auteur de l'article.

Les chercheurs ont d'abord utilisé USPEX, l'algorithme évolutif développé par Oganov et ses étudiants, pour prédire les structures avec la plus faible énergie en se basant uniquement sur les éléments chimiques impliqués. Après avoir prédit le film hexagonal de NaCl, ils ont confirmé son existence en réalisant une synthèse expérimentale et une caractérisation par mesures XRD (diffraction des rayons X) et SAED (diffraction électronique à zone sélectionnée). L'épaisseur moyenne du film de NaCl était d'environ 6 nanomètres - un film plus épais passerait de la structure hexagonale à la structure cubique, typique pour le sel de table que nous connaissons.

Les scientifiques pensent qu'en raison de la forte liaison au substrat de diamant et d'une large bande interdite, le NaCl hexagonal peut bien fonctionner comme diélectrique de grille dans les FET en diamant, des transistors à effet de champ qui présentent un potentiel d'utilisation dans les véhicules électriques, radars, et équipements de télécommunication. Maintenant, ces FET utilisent généralement du nitrure de bore hexagonal, qui a une bande interdite similaire mais une liaison beaucoup plus faible au substrat.

« Nos résultats montrent que le domaine des matériaux 2D est encore très jeune, et les scientifiques n'ont découvert qu'une petite partie des matériaux possibles aux propriétés intrigantes. Nous avons une histoire de longue date qui a commencé en 2014 lorsque nous avons décrit la façon dont les films minces cubiques de NaCl peuvent être divisés en couches hexagonales de type graphène. Cela montre que ce composé simple et commun, apparemment bien étudié, cache de nombreux phénomènes intéressants, surtout à l'échelle nanométrique. Ce travail est notre premier pas vers la recherche de nouveaux matériaux comme le NaCl mais ayant une meilleure stabilité (faible solubilité, stabilité thermique plus élevée, et ainsi de suite) qui peut ensuite être utilisé efficacement dans de nombreuses applications en électronique, " note Alexandre Kvashnine, chercheur principal chez Skoltech.

Ce travail nous rapproche de la compréhension de la façon de contrôler l'apparence et, en conséquence, les propriétés des matériaux bidimensionnels utilisant un substrat. La recherche ouvre également la porte à davantage de matériaux 2D avec des applications potentielles en électronique et au-delà.