Une équipe internationale dirigée par le professeur assistant Kasper Steen Pedersen, DTU Chimie, a synthétisé un nouveau nanomatériau doté de propriétés électriques et magnétiques, ce qui le rend adapté aux futurs ordinateurs quantiques et à d'autres applications en électronique.

Chrome-chlorure-pyrazine (formule chimique CrCl 2 (pyrazine) 2 ) est un matériau stratifié, qui est un précurseur pour un matériau dit 2-D. En principe, un matériau 2D a une épaisseur d'une seule molécule et cela conduit souvent à des propriétés très différentes de celles du même matériau dans une version 3D normale; dont pas des moindres, les propriétés électriques seront différentes. Alors que dans un matériau 3-D, les électrons sont capables de prendre n'importe quelle direction, dans un matériau 2-D, ils seront limités à se déplacer horizontalement, tant que la longueur d'onde de l'électron est plus longue que l'épaisseur de la couche 2-D.

Hybride organique/inorganique

Le graphène est le matériau 2D le plus connu. Le graphène est constitué d'atomes de carbone dans une structure en treillis, qui donne sa force remarquable. Depuis la première synthèse de graphène en 2004, des centaines d'autres matériaux 2-D ont été synthétisés, dont certains pourraient être candidats à des applications en électronique quantique. Cependant, le nouveau matériau est basé sur un concept très différent. Alors que les autres candidats sont tous inorganiques, tout comme le graphène, le chrome-chlorure-pyrazine est un matériau hybride organique/inorganique.

« La matière marque un nouveau type de chimie, dans lequel nous sommes en mesure de remplacer divers éléments constitutifs du matériau et de modifier ainsi ses propriétés physiques et chimiques. Cela ne peut pas être fait dans le graphène. Par exemple, on ne peut pas choisir de remplacer la moitié des atomes de carbone du graphène par un autre type d'atome. Notre approche permet de concevoir des propriétés beaucoup plus précisément que celles connues dans d'autres matériaux 2D, ", explique Kasper Steen Pedersen.

Outre les propriétés électriques, les propriétés magnétiques du chrome-chlorure-pyrazine peuvent également être conçues avec précision. Ceci est particulièrement pertinent en ce qui concerne la "spintronique".

"Alors que dans l'électronique normale, seule la charge des électrons est utilisée, Mais le spin électronique, qui est une propriété de la mécanique quantique, est également utilisé en spintronique. Ceci est très intéressant pour les applications d'informatique quantique. Par conséquent, le développement de matériaux nanométriques à la fois conducteurs et magnétiques est le plus pertinent, ", note Kasper Steen Pedersen.

Un nouveau monde de matériaux 2D

Outre l'informatique quantique, chrome-chlorure-pyrazine peut présenter un intérêt dans les futurs supraconducteurs, catalyseurs, piles, réservoirs de carburant, et l'électronique en général.

Les entreprises ne souhaitent pas commencer à produire le matériel tout de suite, le chercheur souligne :« Pas encore, au moins! C'est encore de la recherche fondamentale. Puisque nous proposons un matériau synthétisé à partir d'une approche entièrement nouvelle, un certain nombre de questions restent sans réponse. Par exemple, nous ne sommes pas encore en mesure de déterminer le degré de stabilité du matériau dans diverses applications. Cependant, même si le chrome-chlorure-pyrazine devait pour une raison quelconque s'avérer impropre aux diverses applications possibles, les nouveaux principes qui sous-tendent sa synthèse seront toujours d'actualité. C'est la porte vers un nouveau monde de matériaux 2D plus avancés qui s'ouvre."