Les atomes sont les éléments de base de toute matière - du moins, c'est l'image conventionnelle. Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont fabriqué le premier semi-conducteur superatomique 2-D, un matériau dont les unités de base ne sont pas des atomes mais des superatomes, des amas atomiques qui présentent certaines des propriétés d'un ou plusieurs atomes individuels. Les chercheurs s'attendent à ce que le nouveau matériau ne soit que le premier membre de ce qui deviendra une nouvelle famille de semi-conducteurs 2D dont les structures superatomiques élargiront considérablement la diversité, Fonctionnalité, et applications de matériaux 2D.

Xinjue Zhong et ses coauteurs de l'Université Columbia aux États-Unis, CNR-ISTM et D3-CompuNet à l'Institut italien de technologie en Italie, et CNRS UMR, Université d'Angers en France, ont publié un article sur le premier semi-conducteur 2D superatomique dans un récent numéro de Lettres nano .

« Ce travail ouvre les portes à de nouvelles classes de matériaux 2D avec une accordabilité et un contrôle potentiellement plus importants de leurs propriétés physiques, " a déclaré le co-auteur Xiaoyang Zhu à l'Université de Columbia Phys.org .

Comme l'expliquent les chercheurs dans leur article, le domaine des matériaux 2D est encore un domaine de recherche très jeune, et la plupart des matériaux 2-D ont actuellement des structures relativement simples. Graphène, par exemple, se compose d'une seule couche d'atomes de carbone. En revanche, les matériaux massifs étudiés en chimie du solide ont une complexité structurale beaucoup plus variée, qui a conduit à un assortiment d'électricité, optique, et applications magnétiques.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs montrent que la conception de matériaux 2D avec une structure superatomique peut ouvrir la voie à une plus grande diversité et aux applications qui en résultent. Bien que les matériaux superatomiques aient déjà été démontrés en trois dimensions, jusqu'à présent, il n'a pas été possible de préparer ces matériaux en deux dimensions en raison d'un manque de liaison covalente entre les superatomes.

Ici, les chercheurs ont étudié un matériau peu étudié appelé Re 6 Se 8 Cl 2 , signalé pour la première fois en 1983. Leur analyse a révélé que la structure du matériau n'est pas constituée de couches d'atomes uniques comme dans le graphène, mais de "réseaux pseudo-carrés d'amas inclinés" caractéristiques d'une structure superatomique.

Dans ce matériau, les amas superatomiques sont liés entre eux par de fortes liaisons covalentes, pourtant les interactions entre les couches sont faibles, permettant d'exfolier des feuilles minces du matériau tout en conservant sa structure superatomique. En utilisant la méthode du scotch, les chercheurs ont produit des flocons superatomiques d'environ 15 nm d'épaisseur, et travaillent actuellement à la préparation de flocons monocouches.

Sur la base de leurs premiers tests des propriétés électroniques et optiques du Re 6 Se 8 Cl 2 flocons, les chercheurs s'attendent à ce que la structure unique et complexe de ces semi-conducteurs 2D superatomiques offrira une approche prometteuse pour la réalisation de matériaux 2D avec de nouveaux, propriétés et fonctionnalités réglables.

"Nous prévoyons d'explorer la multifonctionnalité, contrôle des degrés de liberté électroniques et phononiques, et des phénomènes physiques fortement corrélés dans ces nouveaux semi-conducteurs 2D, " dit Zhu.

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