Caractérisation des propriétés thermiques du bisulfure de molybdène cristallin, un important matériau bidimensionnel (2-D), s'est avéré difficile. Aujourd'hui, les chercheurs d'A*STAR ont développé une technique simple qui pourrait ouvrir la voie à son utilisation dans un large éventail de nouvelles applications dans le stockage d'énergie, dispositifs optoélectroniques et électroniques flexibles.

bisulfure de molybdène hexagonal (MoS2), l'un des dichalcogénures - une famille de métaux de transition semi-conducteurs - a attiré une attention considérable en tant que matériau bidimensionnel (2-D) grâce à ses propriétés électroniques et optoélectroniques remarquables. Il se distingue également par sa force et sa flexibilité impressionnantes, qui proviennent du réseau hexagonal d'atomes de molybdène pris en sandwich entre des couches d'atomes de soufre.

Déterminer les caractéristiques thermiques du MoS2 est la clé pour débloquer ses propriétés étonnantes, mais sa géométrie complexe et les nombreux calculs requis pour les phonons - les différents modes de vibration des atomes dans un réseau cristallin - sont un processus de calcul coûteux et long.

Chee Kwan Gan et Yu Yang Fredrik Liu du A*STAR Institute of High Performance Computing ont maintenant développé une technique numérique qui réduit considérablement le nombre de calculs, permettant de calculer avec précision et efficacité le coefficient de dilatation thermique - qui détermine comment leur forme et leur taille changent en réponse aux changements de température - des cristaux de MoS2, et pourrait également être appliqué à d'autres matériaux 2-D importants.

"Pensez à un phonon comme une particule liée à un ressort, où il vibre avec un motif fixe à une fréquence fixe, " explique Gan. " Il existe de nombreux modes de phonons dans un cristal comme le bisulfure de molybdène, et le défi est de tous les calculer."

En déformant un cristal de MoS2, les chercheurs ont déterminé le changement de fréquence pour chaque phonon dans la structure du réseau, et en appliquant une méthode numérique, basé sur la théorie des perturbations, à ces fréquences altérées ; ils ont pu estimer les caractéristiques thermiques du cristal, connus sous le nom de paramètres de Grüneisen. Ces paramètres ont ensuite été utilisés pour calculer les coefficients de dilatation thermique du MoS2 hexagonal.

"Notre méthode utilise la symétrie complète de la structure hexagonale pour réduire la quantité de calcul à seulement quatre ensembles de calculs de phonons par rapport à l'approximation quasi-harmonique - l'approche traditionnelle - qui en nécessite beaucoup plus, " dit Gan.

L'ouvrage présente, pour la première fois, une méthode précise et simple pour déterminer les propriétés thermiques du MoS2, et fournit une compréhension plus approfondie de la conduction thermique dans les matériaux 2D.

"Notre objectif à long terme est d'étendre l'approche à d'autres semi-conducteurs technologiquement importants, matériaux bidimensionnels, comme le séléniure de bismuth, " dit Gan.