Un diagramme montre comment des couches de deux matériaux 2D - une pérovskite (bleu) et un halogénure métallique (jaune) - s'assemblent à partir de produits chimiques qui culbutent dans l'eau (à gauche). L'assemblage est dirigé par des molécules de liaison qui ressemblent à des haltères. Chaque extrémité d'une barre (bleue ou jaune) porte un gabarit chimique pour faire croître l'une des couches, et au fur et à mesure que les couches grandissent, les haltères les relient ensemble dans le bon ordre. La nouvelle technique d'auto-assemblage, développé par les chercheurs du SLAC et de Stanford, produit de gros cristaux avec une large gamme de propriétés électroniques. Crédit :Jiayi Li/Université de Stanford
L'empilement de films de matériau extrêmement minces les uns sur les autres peut créer de nouveaux matériaux dotés de nouvelles propriétés passionnantes. Mais les processus les plus réussis pour construire ces piles peuvent être fastidieux et imparfaits, et pas bien adapté à la production à grande échelle.
Maintenant, une équipe dirigée par le professeur de Stanford Hemamala Karunadasa a créé un moyen beaucoup plus simple et rapide de le faire. Ils ont développé des couches 2D d'un des matériaux les plus recherchés, connu sous le nom de pérovskites, entrelacées de fines couches d'autres matériaux en gros cristaux qui s'assemblent.
L'assemblage a lieu dans des flacons où les ingrédients chimiques des couches culbutent dans l'eau, ainsi que des molécules en forme d'haltères qui dirigent l'action. Chaque extrémité d'une barre porte un modèle pour faire croître un type de couche. Au fur et à mesure que les couches se cristallisent, un processus similaire à celui de la fabrication de bonbons de roche, les haltères les relient automatiquement dans le bon ordre.
"Ce qui est vraiment cool, c'est que ces matériaux stratifiés complexes se cristallisent spontanément, " a déclaré Michael Aubrey, qui était chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Karunadasa au moment de l'étude.
Les chercheurs affirment que leur méthode jette les bases de la fabrication d'un large éventail de semi-conducteurs complexes de manière beaucoup plus délibérée, y compris des combinaisons de matériaux qui n'ont pas été connus pour s'apparier dans des cristaux auparavant. Ils ont décrit le travail dans un article publié dans La nature aujourd'hui.
« Nous sommes ravis de cette stratégie générale qui peut être étendue à tant de types de matériaux, " dit Karunadasa, qui est chercheur au Stanford Institute for Materials and Energy Sciences (SIMES) au SLAC National Accelerator Laboratory du ministère de l'Énergie.
"Plutôt que de manipuler les matériaux une couche à la fois, " elle a dit, "Nous jetons simplement les ions dans une casserole d'eau et laissons les ions s'assembler comme ils le souhaitent. Nous pouvons en faire des grammes, et nous savons où sont les atomes dans les cristaux. Ce niveau de précision me permet de savoir à quoi ressemblent réellement les interfaces entre les couches, ce qui est important pour déterminer la structure électronique du matériau - comment ses électrons se comportent"
