(Phys.org) —Le graphène, le matériau connu le plus fin et le plus résistant de l'univers et un formidable conducteur d'électricité et de chaleur, tire nombre de ses propriétés étonnantes du fait qu'il n'occupe que deux dimensions :il a une longueur et une largeur mais pas de hauteur , car il est fait d'une seule couche d'atomes.

Maintenant, les scientifiques ont découvert un matériau 3D qui se comporte comme du graphène 2D. Bien que ce matériau particulier soit très instable, la recherche montre qu'il peut être possible de trouver un matériau avec les propriétés que le graphène a à offrir dans un matériau plus épais, forme plus robuste qui est plus facile à transformer en appareils électroniques.

L'équipe de recherche, comprenant des scientifiques des laboratoires nationaux SLAC et Lawrence Berkeley, ont rendu compte de leurs résultats aujourd'hui en Science Express .

« Depuis que le graphène a été isolé en 2004, les chercheurs du monde entier ont cherché des moyens de tirer pleinement parti de ses nombreuses propriétés souhaitables, " a déclaré Yulin Chen de l'Université d'Oxford, qui était physicien au Berkeley Lab lorsqu'il a lancé l'étude. "Mais ce qui rend le graphène spécial - le fait qu'il se compose d'une seule couche d'atomes - le rend parfois difficile à travailler, et un défi de fabrication."

Le graphène est une feuille d'atomes de carbone d'une épaisseur d'un atome décollée d'un morceau de graphite, qui est familier comme la mine des crayons. L'une de ses caractéristiques est le comportement étrange de ses électrons :lorsqu'ils sont confinés à cette fine couche d'atomes régulièrement espacés, ces particules légères agissent comme si elles n'avaient aucune masse. Cela leur permet de traverser le matériau beaucoup plus rapidement que d'habitude. Les chercheurs explorent des moyens d'utiliser ces propriétés pour fabriquer des transistors très rapides, capteurs et même des électrodes transparentes.

Il y a quelques années, les théoriciens ont proposé qu'un matériau plus épais - techniquement connu sous le nom de semi-métal de Dirac topologique tridimensionnel - pourrait avoir les mêmes propriétés électroniques que le graphène 2D. La course était lancée pour voir si cela était vrai. Si un tel matériel existait, il constituerait un nouvel état quantique de la matière, défini par le comportement unique de ses électrons.

Le groupe de Chen a étudié un composé sodium-bismuth, N / A 3 Bi qui avait été identifié comme un candidat probable par les théoriciens Zhong Fang et Xi Dai de l'Académie chinoise des sciences, qui sont co-auteurs du nouveau rapport.

Son laboratoire d'Oxford a fait des échantillons du composé et les a envoyés à la source lumineuse avancée de Berkeley Lab pour des tests - rendus beaucoup plus difficiles par le fait que Na 3 Bi commence à bouillonner et se transforme en poudre lorsqu'il est exposé à l'air.

"Ce matériau avait été produit il y a longtemps, mais les gens n'avaient pas les outils puissants dont ils avaient besoin pour mesurer sa structure électronique, " dit Zhongkai Liu, un étudiant diplômé au SIMES, le Stanford Institute for Materials and Energy Sciences au SLAC, qui a effectué les tests avec le chercheur postdoctoral Bo Zhou de Berkeley Lab et d'Oxford.

Des tests minutieux ont révélé que Na 3 La structure électronique de Bi lui permet de se comporter comme le graphène, dit Liu. Bien que ce composé particulier soit trop instable pour être utilisé dans des appareils, l'équipe teste des composés plus stables et cherche des moyens de les adapter aux applications, il a dit.

Joël E. Moore, un physicien de la matière condensée à l'Université de Californie-Berkeley et Berkeley Lab qui n'était pas impliqué dans la recherche, a noté dans un récent commentaire en ligne que d'autres groupes de recherche ont également recherché des composés candidats, avec plusieurs rapports de réussite inédits.

La question suivante, il a écrit, est « si ces semi-métaux 3-D supporteront autant de phénomènes intéressants que le graphène ». Il a ajouté que ces matériaux peuvent être un point de départ pour d'autres états de la matière, et que la rafale de nouveaux exemples "devrait conduire à une considération plus large par les théoriciens de la physique intéressante que cette classe de matériaux pourrait permettre".