TeYu Chien, professeur agrégé de physique et d'astronomie à l'Université du Wyoming, et Dinesh Baral, un étudiant diplômé de l'UW, a dirigé des recherches qui ont utilisé des mesures de microscopie à effet tunnel et de spectroscopie qui révèlent clairement une valeur d'écart énergétique beaucoup plus petite d'un matériau de van der Waals - le tribromure de chrome. Leur travail, récemment publié en ligne dans la revue Chimie Physique Physique Chimique , résolu les valeurs précédemment controversées de l'écart énergétique, qui étaient basées sur diverses mesures optiques. Cette oeuvre, créé par Baral, sera utilisé par la revue pour la couverture de sa prochaine édition imprimée. Crédit :Dinesh Baral
Des valeurs auparavant controversées de la bande interdite d'un matériau de van der Waals, le tribromure de chrome, ont été rapportées sur la base de diverses mesures optiques. Un membre du corps professoral de l'Université du Wyoming et son équipe de recherche ont utilisé des mesures de microscopie à effet tunnel et de spectroscopie qui révèlent clairement une valeur d'écart énergétique beaucoup plus petite et ont résolu la controverse.
« Nos résultats ont réglé une longue controverse sur une propriété importante du matériau :l'écart énergétique du matériau, " dit TeYu Chien, professeur agrégé au département de physique et d'astronomie de l'UW. "Nos mesures de microscopie à effet tunnel et de spectroscopie ont clairement révélé que l'écart énergétique est d'environ 0,3 électron-volt (eV), qui est beaucoup plus petit que ceux mesurés par des méthodes optiques, qui variait de 1,68 à 2,1 eV."
Chien dit que les données de son équipe expliquent davantage ces mesures optiques antérieures comme étant les transitions de diverses caractéristiques de bande de conduction et de valence plutôt que de détecter l'écart énergétique du matériau.
Les matériaux de Van der Waals sont constitués de couches bidimensionnelles fortement liées qui sont liées dans la troisième dimension par des forces de van der Waals plus faibles. Par exemple, le graphite est un matériau van der Waals largement utilisé dans l'industrie dans les électrodes, lubrifiants, fibres, échangeurs de chaleur et batteries. La nature des forces de van der Waals entre les couches permet aux chercheurs d'utiliser du scotch pour peler les couches en épaisseur atomique.
Chien est l'auteur correspondant d'un article, intitulé "Petit écart énergétique révélé dans CrBr
Dinesh Baral, un étudiant diplômé UW du Népal, était l'auteur principal de l'article. Il a réalisé les travaux expérimentaux sur la microscopie à effet tunnel et la mesure par spectroscopie, et l'analyse des données. Les autres chercheurs qui ont contribué à l'article sont le professeur adjoint Jifa Tian, Professeur Yuri Dahnovsky et Jinke Tang, un professeur et directeur de département, tous du département de physique et d'astronomie de l'UW.
Les étudiants diplômés impliqués dans la recherche comprenaient Zhuangen Fu et Aaron Wang, tous deux de Chine; Uppalaiah Erugu, de l'Inde; Rabindra Dulal et Narendra Shrestha, tous deux du Népal; et Andrei Zadorozhnyi, de la Russie.
Depuis le premier graphène isolé – du graphite atomiquement mince – en 2004, divers matériaux van der Waals aux propriétés du métal, semi-métal, semi-conducteur, l'isolant et le supraconducteur ont été confirmés. Les matériaux magnétiques de van der Waals n'ont rejoint la famille du graphène qu'en 2017.
Les trihalogénures de chrome sont une famille de matériaux magnétiques clés de van der Waals et ont été utilisés pour explorer le potentiel des applications spintroniques, dans lequel le moment magnétique de l'électron est utilisé pour le calcul et le stockage d'informations plutôt que d'utiliser les propriétés de charge des électrons pour l'électronique conventionnelle.
Étant donné que les matériaux de van der Waals ont des interactions intercouches très faibles et une liaison atome à atome intracouche relativement plus forte, cela permet aux chercheurs de les peler et de les empiler pour n'importe quelle combinaison de matériaux à l'épaisseur atomique.
"Ce pelage des matériaux van der Waals est comme peler les pelures d'oignon, mais au niveau atomique, ", explique Baral.
La microscopie et la spectroscopie à effet tunnel est un outil d'imagerie capable de mesurer des images à résolution atomique, ainsi que les propriétés électroniques de cette échelle. Des flocons de tribromure de chrome ont été décollés du cristal en vrac en une épaisseur atomiquement mince et transférés sur un substrat conducteur, comme le graphite pyrolytique hautement orienté, pour l'étude.
"La compréhension de la bande interdite du tribromure de chrome résout la controverse existante pour la communauté scientifique, ", dit Chien. "C'est aussi la clé pour mieux contrôler les dispositifs de spintronique impliquant du tribromure de chrome."
Les résultats de l'étude permettront aux chercheurs de mieux comprendre ce matériau important pour des applications en spintronique et matériaux quantiques, dit Chien.
"Les matériaux ayant de telles propriétés ont des applications potentielles en ingénierie pour minimiser la taille des dispositifs électroniques et spintroniques vers le niveau atomique, " il dit.
