De nombreux matériaux présentent de nouvelles propriétés lorsqu'ils se présentent sous la forme de films minces composés de quelques couches atomiques seulement. La plupart des gens connaissent le graphène, la forme bidimensionnelle du graphite, mais les versions à couche mince d'autres matériaux ont également le potentiel de faciliter les percées technologiques.

Par exemple, une classe de matériaux tridimensionnels appelés monochalcogénures du groupe IV sont des semi-conducteurs qui fonctionnent dans des applications telles que la thermoélectrique et l'optoélectronique, entre autres. Les chercheurs créent maintenant des versions bidimensionnelles de ces matériaux, dans l'espoir qu'ils offriront des performances améliorées ou même de nouvelles applications.

Récemment, une équipe de recherche qui comprend Salvador Barraza-Lopez, professeur agrégé de physique à l'U of A et Taneshwor Kaloni, un ancien post-doctorant du laboratoire de Barraza-Lopez, a mis en lumière le comportement de l'un de ces matériaux ultrafins appelés tellurure d'étain (SnTe). Barraza-Lopez et ses collègues de l'Institut Max-Planck de physique des microstructures en Allemagne, le Key Laboratory of Low-Dimensional Quantum Physics et le Collaborative Innovation Center of Quantum Matter en Chine et le RIKEN Center for Emergent Matter Science au Japon ont récemment publié un article sur leurs découvertes dans la revue Matériaux avancés .

Les chercheurs ont utilisé un microscope à effet tunnel à température variable pour étudier la structure et la polarisation des films minces de SnTe cultivés sur des substrats de graphène. Ils ont étudié le matériau à une gamme de températures, de 4,7 Kelvin à plus de 400 Kelvin. Ils ont découvert que lorsque SnTe n'a que quelques couches atomiques d'épaisseur, il forme une structure stratifiée différente de la masse, version en forme de losange du matériau. L'équipe de l'Arkansas a contribué à cette recherche en fournissant des calculs qui rendent compte de la nature mécanique quantique de ces structures atomiques, en utilisant une méthode connue sous le nom de théorie fonctionnelle de la densité.

Les atomes du SnTe ultrafin créent des dipôles électriques orientés dans des directions opposées dans toutes les autres couches atomiques, ce qui rend le matériau anti-polaire, par opposition à l'échantillon global dans lequel toutes les couches pointent dans la même direction. De plus, la température de transition, qui est la température à laquelle le matériau perd cette polarisation spontanée, est beaucoup plus élevé que celui du matériau en vrac.

"[Ces résultats] soulignent le potentiel des films g-SnTe atomiquement minces pour le développement de nouveaux dispositifs basés sur la polarisation spontanée, ", ont déclaré les chercheurs dans le journal.