Une image annulaire en champ sombre à angle élevé de diséléniure de rhénium pur. Dans la clé en bas à droite, les atomes de rhénium sont bleus et les atomes de sélénium jaunes. Crédit :Laboratoire national d'Oak Ridge
La substitution d'atomes dans le processus de fabrication d'alliages bidimensionnels permet non seulement de les personnaliser pour des applications, mais peut également les rendre magnétiques, selon les scientifiques de l'Université Rice et leurs collaborateurs.
Un nouvel article dans Advanced Materials décrit comment les chercheurs de Rice, Laboratoire national d'Oak Ridge, l'Université de Californie du Sud (USC) et l'Université de Kumamoto au Japon ont utilisé le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) pour fabriquer des feuilles d'épaisseur atomique et, dans la même étape, adapter leurs propriétés en ajoutant d'autres éléments par un processus connu sous le nom de dopage.
Ils ont découvert par surprise qu'ils pouvaient également conférer aux feuilles 2D des propriétés magnétiques.
Les laboratoires ont travaillé avec des dichalcogénures de métaux de transition, alliages qui combinent un métal de transition et des atomes de chalcogène en un seul matériau. Les métaux de transition sont des éléments stables qui se situent au milieu du tableau périodique. Les chalcogènes comprennent le soufre, sélénium et tellure, également voisins les uns des autres dans la table.
En ajoutant un élément dopant au mélange pendant la CVD, les chercheurs ont montré qu'il était possible de réorganiser les atomes sur les feuilles de cristal 2-D résultantes. Ils ont démontré plusieurs configurations différentes et ont découvert qu'ils pouvaient remplacer certains atomes par le dopant. Ces changements physiques ont conduit à des changements dans les propriétés mécaniques et électroniques des cristaux plats, a déclaré le co-auteur et chercheur postdoctoral de Rice Chandra Sekhar Tiwary.
Une image de diséléniure de molybdène dopé au rhénium montre comment la structure atomique du matériau a été réarrangée par l'ajout. La clé montre les positions des atomes de rhénium en bleu, le sélénium en jaune et le molybdène en rouge. Crédit :Laboratoire national d'Oak Ridge
Le laboratoire Rice de Pulickel Ajayan a dirigé le projet pour tester les théories des chercheurs de l'USC qui ont calculé que le dopage des matériaux forcerait une transition de phase dans les cristaux 2-D. L'équipe Rice a confirmé la théorie selon laquelle l'ajout de rhénium en diverses quantités au diséléniure de molybdène pendant la croissance leur permettrait d'adapter ses propriétés en modifiant sa structure atomique. Les signatures magnétiques étaient un plus.
"D'habitude, lorsque vous fabriquez un matériau magnétique, vous commencez avec des éléments magnétiques comme le fer ou le cobalt, " a déclaré Amey Apte, étudiante diplômée et co-auteure principale. " Rhénium, en masse, n'est pas un matériau magnétique, mais il s'avère que c'est dans certaines combinaisons à l'échelle atomique. Cela a fonctionné à merveille dans ce cas."
Les chercheurs ont déclaré que les propriétés magnétiques qu'ils ont découvertes pourraient rendre les alliages 2-D intéressants pour ceux qui conçoivent des dispositifs spintroniques.
