Depuis que des chercheurs de l'Université de Manchester ont utilisé un morceau de ruban adhésif pour isoler, ou "exfolier, " une seule couche de carbone, connu sous le nom de graphène, les scientifiques ont étudié la création et les applications de matériaux bidimensionnels afin de faire progresser la technologie de nouvelles manières. Les scientifiques ont théorisé sur de nombreux types différents de matériaux bidimensionnels, mais les produire, en isolant une couche à la fois d'une source tridimensionnelle en couches, représente souvent un défi.

Salvador Barraza-Lopez, professeur agrégé de physique, et son groupe de recherche étudient des matériaux 2-D appelés monochalcogénures du groupe IV, qui comprend le séléniure d'étain, sulfure de germanium, sulfure d'étain(II), tellurure d'étain et séléniure d'étain, entre autres.

Sous forme 3D, ces matériaux ont de nombreuses propriétés utiles. Par exemple, ils sont actuellement utilisés dans les cellules solaires. Certains monochalcogénures du groupe IV sont également ferroélectriques lorsqu'ils sont exfoliés jusqu'à la limite 2-D, ce qui signifie qu'ils contiennent des paires de charges positives et négatives qui créent un moment dipolaire macroscopique.

Alors que certains de ces matériaux bidimensionnels ont été cultivés, personne n'a réussi à décoller une couche bidimensionnelle stable d'un monochalcogénure du groupe IV. Dans un récent manuscrit intitulé "Water Splits to Degrade Two-Dimensional Group-IV Monochalcogenides in Nanoseconds" et publié dans le Journal ACS Science centrale , Barraza-Lopez a expliqué une raison possible à cela.

Barraza-Lopez a dit que, même dans les conditions expérimentales les plus strictes, des molécules d'eau ambiante peuvent être trouvées à proximité de ces matériaux. Et tout comme ces matériaux, l'eau transporte aussi un dipôle électrique. Barraza Lopez a expliqué que l'interaction des dipôles peut être observée dans des circonstances banales :dipôles dans ce morceau de papier à proximité, " il a dit.

Taneshwor Kaloni, un ancien associé postdoctoral dans le laboratoire de Barraza-Lopez, effectué des calculs informatiques qui émulent des monocouches de ces matériaux interagissant avec des molécules d'eau à température ambiante et à pression ambiante. L'équipe a démontré que lorsque les molécules d'eau sont proches de ces matériaux, ils sont attirés par eux. Cette attraction crée une énorme accumulation d'énergie cinétique, ce qui conduit à la séparation des molécules d'eau, et déstabilise les matériaux 2-D à la suite de cette réaction chimique. Barraza-Lopez a expliqué qu'il était surpris d'apprendre que ce processus créait suffisamment d'énergie pour diviser les molécules d'eau, parce que l'énergie cinétique nécessaire dépasse 70, 000 degrés Celsius.

Dans un sens, la difficulté d'exfolier ces matériaux peut conduire à une nouvelle technologie de production d'hydrogène à partir de matériaux bidimensionnels, bien que de nombreuses études supplémentaires soient nécessaires pour atteindre cet objectif.