Les scientifiques d'Oxford, SLAC, Stanford et Berkeley Lab ont découvert qu'un matériau 3D robuste, arséniure de cadmium, imite le comportement électronique du graphène 2-D. Cette illustration représente un mouvement rapide, électrons sans masse à l'intérieur du matériau. La découverte pourrait conduire à de nouveaux types d'appareils électroniques plus rapides. Crédit :Greg Stewart/SLAC
(Phys.org) —Les scientifiques ont découvert un matériau qui possède les mêmes propriétés électroniques extraordinaires que le graphène 2-D, mais sous une forme 3D robuste qui devrait être beaucoup plus facile à façonner dans des appareils électroniques tels que des transistors très rapides, capteurs et électrodes transparentes.
Le matériel, arséniure de cadmium, est exploré indépendamment par trois groupes, dont l'un comprend des chercheurs de l'Université d'Oxford, SLAC, Stanford et Lawrence Berkeley National Laboratory qui ont décrit leurs résultats dans un article publié le 25 mai dans Matériaux naturels .
"Maintenant, de plus en plus de gens réalisent le potentiel scientifique et technologique de ce matériau particulier. Cet intérêt croissant favorisera des progrès rapides dans le domaine - y compris l'exploration de son utilisation dans des dispositifs fonctionnels et la recherche de matériaux similaires, " a déclaré Yulin Chen de l'Université d'Oxford, qui a dirigé la recherche.
Le travail du groupe s'appuie sur ses études antérieures sur un composé de bismuth de sodium qui imite également le graphène mais se transforme en poudre lorsqu'il est exposé à l'air. Les deux composés avaient été prédits par les co-auteurs Zhong Fang et Xi Dai, physiciens théoriciens de l'Académie chinoise des sciences, qui a suggéré que l'arséniure de cadmium, qui est utilisé dans les détecteurs et les capteurs, fournirait les mêmes propriétés sous une forme beaucoup plus stable.
Leur prédiction s'est avérée correcte, dit Zhongkai Liu, premier auteur de l'article et étudiant diplômé au SIMES, l'Institut de Stanford pour les sciences des matériaux et de l'énergie au SLAC. "La stabilité environnementale de l'arséniure de cadmium nous permet de l'explorer très systématiquement, et facilite l'étude, " il a dit.
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 scientifiques qui ont isolé le graphène pour la première fois en 2004 ont reçu le prix Nobel de physique; et les chercheurs se sont précipités pour explorer ses propriétés et lui trouver des utilisations pratiques depuis.
Une de ces quêtes a été de trouver des matériaux de type graphène qui sont tridimensionnels, et donc beaucoup plus facile à transformer en dispositifs pratiques. Deux autres collaborations internationales basées à Princeton University et à Dresde, Allemagne, ont également recherché l'arséniure de cadmium comme une possibilité. L'un a publié un article sur ses résultats dans le numéro du 7 mai de Communication Nature , et l'autre a posté un article non publié sur le serveur de préimpression arXiv.
Le groupe de Chen a fabriqué des échantillons d'arséniure de cadmium à Oxford et les a testés à la source lumineuse Diamond au Royaume-Uni et à la source lumineuse avancée de Berkeley Lab.
« Nous pensons que cette famille de matériaux peut être un bon candidat pour un usage quotidien, " Chen a dit, "et nous travaillons avec des théoriciens pour voir s'il existe des matériaux encore meilleurs. De plus, nous pouvons les utiliser comme plate-forme pour créer et explorer des états de la matière encore plus exotiques; quand tu ouvres une porte, vous trouvez qu'il y a beaucoup d'autres portes derrière elle."
L'équipe de recherche comprenait Zhi-Xun Shen, professeur au SLAC et à Stanford et conseiller du SLAC pour la science et la technologie; Zahid Hussein, scientifique senior au Berkeley Lab; et d'autres chercheurs du SIMES, Laboratoire de Berkeley, L'université d'Oxford, Université Fudan à Shanghai, l'Académie chinoise des sciences et Diamond Light Source. Les travaux ont été partiellement financés par le département américain de l'Énergie Office of Science et le programme d'architectures mésodynamiques de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA).
