Un nouveau matériau atomiquement mince similaire au graphène s'est avéré être un nouveau matériau supraconducteur prometteur.

Phosphore noir - un matériau en couches, quelque peu similaire au graphite - a suscité beaucoup d'enthousiasme parmi les scientifiques et les ingénieurs en raison de ses nombreuses propriétés électroniques et optiques intéressantes et utiles.

Tout comme le graphite est composé de millions de couches de graphène, le phosphore noir est constitué de couches de phosphorène qui peuvent être isolées. De nouvelles recherches révèlent maintenant que le phosphorène possède des propriétés aussi intrigantes que le graphène.

Combinant le graphène et d'autres nouveaux matériaux 2D tels que le phosphorène, qui ont individuellement d'excellentes caractéristiques complémentaires aux propriétés extraordinaires du graphène, a donné lieu à des développements scientifiques passionnants et pourrait produire des applications encore au-delà de notre imagination.

Aujourd'hui, le phosphorène aide les scientifiques à répondre à la question de savoir si les matériaux constitués d'une seule couche d'atomes peuvent être supraconducteurs. Les supraconducteurs conduisent l'électricité avec une résistance nulle et sont toujours recherchés en raison de leurs applications potentielles dans les capteurs, des lignes électriques économes en énergie et des aimants capables de générer de grands champs magnétiques, tels que ceux utilisés dans les scanners IRM et les trains en lévitation.

En utilisant du phosphore, une équipe de l'Université de Manchester dirigée par le professeur Irina Grigorieva montre clairement que les matériaux atomiquement minces peuvent être de véritables supraconducteurs tant que suffisamment d'électrons sont pompés dans les couches.

Les supraconducteurs atomiquement minces sont souhaitables dans les dispositifs miniatures, mais ils présentent également un grand intérêt pour les scientifiques car ils peuvent être utilisés pour tester des idées sur les limites de l'existence de la supraconductivité.

Les matériaux en vrac deviennent souvent supraconducteurs si une quantité suffisante d'électrons est ajoutée et ils commencent à interagir fortement les uns avec les autres. La supraconductivité dans des matériaux bidimensionnels d'un atome d'épaisseur a été découverte il y a seulement une décennie, mais les résultats ne faisaient souvent pas référence à des couches atomiquement minces isolées mais à leurs assemblages en vrac et les preuves étaient jusqu'à présent faibles et parfois controversées.

Dans un rapport publié dans Communication Nature , les scientifiques ont utilisé un processus appelé intercalation - essentiellement enrobant des couches de phosphorène dans du phosphore noir avec différents atomes alcalins qui donnent leurs électrons au phosphorène. Dans chaque cas, cela a transformé le phosphore noir en un supraconducteur avec exactement les mêmes propriétés, quels que soient les types d'atomes utilisés pour ajouter des électrons aux couches de phosphorène.

Le professeur Irina Grigorieva a déclaré:"Rien de tel n'était connu auparavant. Cette nouvelle compréhension est importante pour développer des matériaux atomiquement minces vers des applications dans l'électronique et les technologies quantiques."

Renyan Zhang, un doctorant qui a dirigé l'effort expérimental, a déclaré :"Le phosphorène et sa matière mère, phosphore noir, sont à bien des égards similaires au graphène et au graphite, nous nous attendions donc à ce que chaque métal donneur d'électrons produise un supraconducteur différent, comme c'est le cas avec le graphène et le graphite. Mais à notre grande surprise, tous les donneurs de métaux ont produit exactement le même matériau supraconducteur, avec des propriétés identiques."