Les matériaux stratifiés bidimensionnels (2-D) ont reçu une attention considérable pour leurs applications potentielles depuis la découverte expérimentale du graphène. Les semi-conducteurs élémentaires théoriques bidimensionnels promettent des caractéristiques supérieures en termes de fabrication, purification et dopage. Le phosphore noir à quelques couches (BP) est le premier semi-conducteur mono-élémentaire 2D à haute mobilité des porteurs électroniques, forte absorption optique, dichroïsme linéaire, et une grande accordabilité avec des champs externes. Cependant, la stabilité de l'air défectueuse et les difficultés de fabrication à grande échelle restent des problèmes qui empêchent les applications pratiques de BP à quelques couches. Ainsi, les chercheurs recherchent des alternatives possibles qui permettent également à faible coût, synthèse à grande échelle, et offrent une bonne stabilité environnementale sans sacrifier les avantages de BP.

Le professeur Wei Ji et son groupe de recherche à l'Université Renmin de Chine ont modélisé théoriquement les surfaces et les interfaces de matériaux électroniques émergents pour prédire les propriétés physiques des dispositifs composés de ces matériaux. Récemment, ils ont collaboré avec le professeur Yang Chai de l'Université polytechnique de Hong Kong pour rapporter une étude théorique d'un roman, matériau 2-D en forme de chaîne, à savoir le α-tellure à quelques couches (FL-α-Te), et a prédit que ce matériau aurait une mobilité de porteur extrêmement élevée avec une bande interdite réglable par couche, forte absorption lumineuse, mélange de modes vibrationnels, cartes d'énergie dépendantes des couches de bandes de valence et de conduction, parmi d'autres propriétés frappantes.

Le FL-α-Te est un matériau représentatif des matériaux unidimensionnels en couches, qui sont une catégorie nouvelle et en développement rapide de matériaux 2D. Ils ont d'abord examiné la stabilité de trois phases probables à quelques couches à l'aide de calculs de pointe de la théorie de la fonctionnelle de la densité. Leur calcul montre que le α-tellure est la phase la plus stable pour les bicouches et les couches plus épaisses. Compte tenu de cette stabilité, ils ont découvert qu'une quasi-liaison de type covalent (CLQB) domine l'interaction inter-chaîne dans les directions intra- et inter-couches. Ce CLQB est analogue aux interactions intercouches trouvées dans BP, PtS2 ou PtSe2, montrant une hybridation de fonction d'onde mais sans gain d'énergie supplémentaire.

Ils ont réussi à corréler cette liaison avec les structures géométriques et électroniques dépendantes des couches et leurs comportements résultants en termes d'électricité, propriétés optiques et vibrationnelles. Le α-Te à faible couche a une mobilité des trous extrêmement élevée jusqu'à 105 cm2/Vs exceptionnellement le long de la direction non covalente (CLQB) et 103 cm2/Vs pour la direction covalente, bande interdite réglable de 0,31 eV (bulk) à 1,17 eV (2L), comportements vibrationnels inter-chaînes (-couches) anisotropes, un croisement des constantes de cisaillement et de force respiratoire intercouches, grande résistance idéale (plus de 20 pour cent) et une forte absorption lumineuse presque isotrope (jusqu'à 9 pour cent par couche) à partir d'une géométrie hautement anisotrope. Ils ont également trouvé dans le α-Te à quelques couches que les surfaces d'énergie des bandes de valence et de conduction se développent considérablement de la masse à la bicouche, présentant un profil de ligne "en forme de M" de la poche de trou, que l'on trouve généralement dans les isolants topologiques, et est idéal pour les thermoélectriques.

Ce matériau offre la plupart des propriétés frappantes du BP ainsi qu'une meilleure stabilité environnementale, un coût de fabrication beaucoup plus faible (avec des méthodes de chimie humide) et une absorption lumineuse plus élevée que celles de BP. Dans ce scénario, FL-α-Te pourrait être considéré comme un successeur supérieur de BP. La mobilité extraordinairement élevée des porteurs révélée dans la direction CLQB met à jour conceptuellement la compréhension du rôle des interactions non covalentes dans la mobilité des porteurs et peut ouvrir une nouvelle voie pour rechercher des matériaux à haute mobilité des porteurs.