Les scientifiques des matériaux de l'Université Rice remplacent tous les atomes au-dessus d'une couche à trois, cristal bidimensionnel pour fabriquer un dichalcogénure de métal de transition avec du soufre, molybdène et sélénium. Crédit :Jing Zhang/Université Rice
Comme un sandwich avec du blé en bas et du seigle en haut, Les scientifiques de l'Université Rice ont concocté une nouvelle version savoureuse des matériaux bidimensionnels.
Le laboratoire Rice du scientifique des matériaux Jun Lou a fabriqué un dichalcogénure de métal de transition semi-conducteur (TMD) qui commence comme une monocouche de diséléniure de molybdène. Ils dépouillent ensuite la couche supérieure du réseau et remplacent précisément la moitié des atomes de sélénium par du soufre.
Le nouveau matériau qu'ils appellent Janus soufre molybdène sélénium (SMoSe) a une construction cristalline qui, selon les chercheurs, peut héberger un champ électrique intrinsèque et qui est également prometteur pour la production catalytique d'hydrogène.
Les travaux sont détaillés ce mois-ci dans la revue American Chemical Society ACS Nano .
Le matériau à deux faces est techniquement bidimensionnel, mais comme le diséléniure de molybdène, il se compose de trois couches empilées d'atomes disposées en grille. Du haut, ils ressemblent à des anneaux hexagonaux à la graphène, mais sous n'importe quel autre angle, la grille ressemble plus à un gymnase de la jungle à l'échelle nanométrique.
Un contrôle strict des conditions dans un four de dépôt chimique en phase vapeur typique—800 degrés Celsius (1, 872 degrés Fahrenheit) à la pression atmosphérique - a permis au soufre d'interagir uniquement avec la couche supérieure d'atomes de sélénium et de laisser le fond intact, les chercheurs ont dit. Si la température dépasse 850, tout le sélénium est remplacé.
Cette image montre des vues de dessus (à gauche) et de côté de Janus soufre molybdène sélénium créé à l'Université Rice. Un contrôle minutieux du chauffage permet au soufre de remplacer uniquement le plan supérieur des atomes de sélénium dans le nouveau matériau bidimensionnel. Crédit :Jing Zhang/Université Rice
"Comme l'intercalation de nombreuses autres molécules a démontré sa capacité à se diffuser dans les matériaux en couches, diffusion de molécules de soufre gazeux entre les couches de ces cristaux de Van der Waals, ainsi que l'espace entre eux et les substrats, nécessite une force motrice suffisante, " a déclaré le chercheur postdoctoral Rice Jing Zhang, co-auteur principal de l'article avec l'étudiant diplômé Shuai Jia. "Et la force motrice de nos expériences est contrôlée par la température de réaction."
Un examen attentif a montré que la présence de soufre a donné au matériau une bande interdite plus grande que le diséléniure de molybdène, les chercheurs ont dit.
"Ce type de structure à deux faces a longtemps été prédit théoriquement mais très rarement réalisé dans la communauté des chercheurs en 2D, " a déclaré Lou. " La rupture de symétrie dans la direction hors plan des TMD 2D pourrait conduire à de nombreuses applications, tel qu'un catalyseur 2-D actif dans le plan basal, capteurs et actionneurs piézoélectriques robustes à la limite 2D."
Il a déclaré que la préparation du matériau Janus devrait être universelle pour les matériaux en couches avec des structures similaires. "Il sera assez intéressant de regarder les propriétés de la configuration Janus d'autres matériaux 2D, " dit Lou.
