(Phys.org) — Des scientifiques du SLAC, Stanford et Berkeley Lab ont cultivé des feuilles d'un matériau exotique dans une seule couche atomique et mesuré sa structure électronique pour la première fois. Ils ont découvert que c'est un ajustement naturel pour faire mince, électronique flexible basée sur la lumière.

Dans une étude publiée le 22 décembre dans Nature Nanotechnologie , les chercheurs donnent une recette pour fabriquer les feuilles les plus fines possibles du matériau, appelé diséléniure de molybdène ou MoSe 2 , d'une manière contrôlée avec précision, à l'aide d'une technique courante dans la fabrication de produits électroniques.

"Nous avons trouvé la bonne recette, et nous le fournissons dans le papier afin que les gens puissent le développer davantage à des fins industrielles, " dit Sung-Kwan Mo, un scientifique des faisceaux à la source de lumière avancée (ALS) du Lawrence Berkeley National Laboratory, où le matériau a été fabriqué.

"D'après des tests à l'ALS et à Stanford, maintenant nous pouvons dire MoSe 2 a des applications possibles dans les dispositifs photoélectroniques, tels que les détecteurs de lumière et les cellules solaires, " dit Yi Zhang, un chercheur postdoctoral qui a conçu et construit l'équipement utilisé pour fabriquer les feuilles minces, et le premier auteur du rapport. Le matériau a également un potentiel pour de nouveaux types d'électronique qui sont encore à l'avenir, il a dit. Zhang est affilié au Berkeley Lab et au Stanford Institute for Materials and Energy Sciences, qui est géré conjointement avec le SLAC National Accelerator Laboratory.

Feuilles atomiques simples de MoSe 2 ont suscité beaucoup d'intérêt scientifique ces derniers temps, car ils appartiennent à une petite classe de matériaux qui absorbent la lumière et brillent avec une grande efficacité.

Mais jusqu'à maintenant, personne n'avait été capable de faire des couches extrêmement minces de MoSe 2 en quantités importantes et observer directement l'évolution de leur structure électronique. Ceci est important car le comportement électronique d'un matériau peut changer fondamentalement, et de manière utile, lorsque ses électrons sont confinés dans de telles couches minces.

Pour faire les feuilles, les chercheurs ont chauffé le molybdène et le sélénium dans une chambre à vide à l'ALS jusqu'à ce qu'ils s'évaporent. Les deux éléments se sont combinés et ont été déposés en une fine couche, film de haute qualité. En peaufinant le processus, connue sous le nom d'épitaxie par faisceau moléculaire, les scientifiques ont réussi à faire pousser des films d'une à huit couches atomiques.

L'équipe a sondé la structure électronique du film avec le puissant faisceau de rayons X de l'ALS, et plus tard avec de l'équipement à Stanford. Ils ont trouvé la première preuve expérimentale directe que le matériau change brusquement de structure électronique, devenir un absorbeur et un émetteur de lumière visible beaucoup plus efficace, lorsqu'il est fabriqué en feuilles qui sont atomiquement minces.

L'équipe a également découvert que les électrons avec des spins différents - décrits comme "vers le haut" ou "vers le bas" - se déplacent le long de chemins différents et dans des directions opposées à travers la structure hexagonale du MoSe monocouche. 2 . Cela pourrait s'avérer utile en "spintronique, " une technologie de nouvelle génération qui utiliserait les spins des électrons, plutôt que leur charge, transporter et stocker des informations, dit Yongtao Cui, un chercheur postdoctoral de Stanford qui a participé au test du film.

La nouvelle structure de MoSe2 peut également se prêter à un concept encore plus récent appelé "valleytronics, " dans lequel le spin et la charge sont utilisés pour transporter et stocker des informations. Cette idée a fait surface en 2002; comme la spintronique, il est exploré avec impatience comme moyen potentiel de poursuivre la tendance vers plus petit, plus rapide, appareils électroniques moins chers.

« Ce domaine est encore au stade initial de développement, " Cui a dit. " Les gens ont ces applications à l'esprit, mais au fur et à mesure que la recherche avance, ils peuvent découvrir de nouveaux aspects de ces matériaux, et éventuellement de nouvelles applications."