La théorie prédit l'existence de matériaux composés de « tuiles » pentagonales (violet, sarcelle, vert, et rose). Maintenant, les chercheurs ont prouvé que ces matériaux existent. Les scientifiques ont fabriqué et caractérisé les toutes premières feuilles composées de pentagones de diséléniure de palladium. Plutôt que d'être plat, le matériau est plissé. L'image du haut montre cette structure plissée avec des atomes de palladium bleu et des atomes de sélénium d'or. La structure plissée conduit à des propriétés électroniques intéressantes. Ces tuiles sont des blocs de construction prometteurs pour l'électronique stable à l'air, photonique, et d'autres technologies. Crédit :Département américain de l'Énergie
Pour la première fois, les chercheurs ont isolé et caractérisé des cristaux 2D atomiquement minces de pentagones liés ensemble dans du diséléniure de palladium (PdSe2). La recherche a confirmé les prédictions selon lesquelles la structure plissée serait stable.
La structure unique du matériau se traduit par des propriétés bénéfiques. Il a des électrons rapides. Aussi, il est stable à l'air. Les autres semi-conducteurs 2-D ne sont pas stables dans l'air. Ces propriétés peuvent permettre des utilisations avancées dans les détecteurs, cellules solaires, et transistors. Plus loin, ce matériau pourrait faire progresser la supraconductivité pour le flux électrique sans pertes, capteurs piézoélectriques, et l'informatique économe en énergie.
La plupart des cristaux 2D étudiés à ce jour sont un réseau d'hexagones, par exemple, graphène, dichalcogénures de métaux de transition, et le phosphore noir - et les couches de réseau peuvent être planes ou plissées. La théorie a prédit une famille de matériaux cristallins 2-D avec des réseaux constitués de « tuiles » pentagonales. Les feuilles de pentagones sont inhabituelles même dans la nature. Maintenant, une équipe dirigée par Oak Ridge National Laboratory a prouvé expérimentalement l'existence d'un membre de cette famille. Les chercheurs ont utilisé des cristaux en vrac fabriqués par un groupe de l'Université technologique de Nanyang; ils ont exfolié les cristaux pour obtenir des couches plissés de PdSe2. En utilisant la microscopie électronique à transmission à balayage à haute résolution, ils ont caractérisé des couches d'épaisseurs différentes. Spectroscopie optique de micro-absorption, Spectroscopie Raman, et les calculs des premiers principes ont montré que l'épaisseur de la couche modifiait la bande interdite. La bande interdite est la plage d'énergie dans un solide à laquelle les états électroniques ne peuvent pas exister. L'épaisseur a changé la bande interdite de 0 dans la masse (couches multiples) à 1,3 électron-volt dans les monocouches simples. Cette découverte ouvre la voie aux matériaux pentagonaux 2-D avec des bandes interdites réglables, ce qui peut apporter de nouvelles capacités à l'électronique et à la photonique. La plupart des matériaux 2D ont des réseaux hautement symétriques et, par conséquent, présenter un comportement isotrope, c'est-à-dire une propriété physique a la même valeur lorsqu'elle est mesurée dans des directions différentes. En revanche, Le PdSe2 pentagonal 2-D est anisotrope, ce qui signifie que les valeurs des propriétés diffèrent lorsqu'elles sont mesurées dans différentes directions. Les matériaux pentagonaux 2-D peuvent permettre un nouveau degré de liberté pour concevoir de nouveaux dispositifs optoélectroniques et électroniques conceptuellement impossibles à utiliser avec d'autres matériaux 2-D. De plus, le matériau est stable à l'air, ce qui n'est pas le cas de nombreux autres semi-conducteurs 2-D. Par exemple, il est moins sensible à l'oxydation que le phosphore noir, un autre matériau 2-D prometteur avec une bande interdite réglable. La découverte de blocs de construction pentagonaux plissés supplémentaires pourrait faire progresser les applications dans l'optoélectronique à basse énergie, piézoélectrique, thermoélectrique, et la spintronique.
