La recherche évolutionniste a aidé les scientifiques à prédire la structure d'énergie la plus basse d'un matériau bidimensionnel (2-D), B 2 P 6 , avec des caractéristiques remarquables, y compris l'anisotropie structurelle et la géométrie de Janus.

Les matériaux Janus, du nom du dieu grec à deux faces de la dualité, ont deux surfaces aux propriétés physiques distinctes. En tant que tel, ils offrent des avantages uniques, tels que le rendement élevé du solaire à l'hydrogène.

Les matériaux anisotropes présentent des propriétés différentes lorsqu'ils sont mesurés dans différentes directions. Dans le cas de B 2 P 6 , la diffusion ionique est fortement anisotrope, une fonctionnalité qui peut être potentiellement utile dans des solutions de stockage d'énergie abordables, comme les batteries métal-ion.

Contrairement aux antécédents, comme le graphène, un autre matériau 2D, ce nouveau matériau a une bande interdite largement réglable qui en fait un meilleur candidat pour une utilisation dans les appareils électroniques.

Udo Schwingenschlögl, professeur de physique appliquée à la KAUST, et Minglei Sun, un post-doctorant, a effectué une recherche détaillée de la structure cristalline 2-D la plus stable des composés binaires comprenant des atomes de bore et de phosphore jusqu'à ce qu'ils arrivent à B 2 P 6 .

"Nous avons utilisé une recherche évolutive de pointe et des calculs de premiers principes pour prédire cette structure, " dit Soleil.

Basé sur l'évolution biologique, La recherche évolutive est une méthode informatique par laquelle les scientifiques peuvent rechercher une structure cristalline parmi des milliers de candidats. En utilisant cette structure comme entrée dans les calculs des premiers principes, ils peuvent alors déterminer les propriétés physiques selon les principes de la théorie quantique.

"Les caractéristiques extraordinaires douées par l'anisotropie et la géométrie de Janus nous ont inspirés à rechercher un matériau 2D qui combine ces mérites, " explique Sun. Cette combinaison permet de nouvelles propriétés, et à son tour, applications plus larges.

Dans les recherches préliminaires, B 2 P 6 s'est révélée très prometteuse dans le domaine de l'électronique et pour des applications dans la conversion et le stockage d'énergie.

Le nouveau matériau démontre une forte absorption de la lumière, ce qui le rend potentiellement utile dans la production de carburant propre à partir de la séparation photocatalytique de l'eau, un processus qui utilise la lumière naturelle ou artificielle pour produire de l'hydrogène à partir de l'eau. Il est plus efficace que les photocatalyseurs traditionnels, principalement en raison du faible taux de recombinaison des porteurs photogénérés.

"Pour B 2 P 6 , la recombinaison des porteurs photogénérés est significativement supprimée par le champ électrique intrinsèque induit par sa structure Janus, " explique Sun. " Cela signifie que davantage de porteurs photogénérés participeront aux réactions d'oxydoréduction pour la séparation de l'eau. L'efficacité de l'utilisation des transporteurs atteint 45,1 %."

Prochain, les chercheurs prévoient de "prédire des matériaux Janus 2-D plus anisotropes avec des propriétés extraordinaires et de fournir des directives expérimentales à leurs collègues, " dit Schwingenschlögl.