Les dichalcogénures de métaux de transition en couches ou TMDC - des matériaux composés de nanocouches métalliques prises en sandwich entre deux autres couches de chalcogènes - sont devenus extrêmement attrayants pour la communauté des chercheurs en raison de leur capacité à s'exfolier en couches simples 2-D. Semblable au graphène, ils conservent non seulement certaines des propriétés uniques du matériau en vrac, mais aussi démontrer un comportement semi-conducteur à entrefer direct, excellente activité électrocatalytique et phénomènes quantiques uniques tels que les ondes de densité de charge (CDW).

Générer des TMDC complexes à éléments multi-principes essentiels au développement futur des nouvelles générations de quantiques, électronique, et les matériaux de conversion d'énergie est difficile.

"Il est relativement simple de faire un matériau binaire à partir d'un type de métal et d'un type de chalcogène, " a déclaré Viktor Balema, scientifique principal du laboratoire Ames. " Une fois que vous essayez d'ajouter plus de métaux ou de chalcogènes aux réactifs, les combiner en une structure uniforme devient un défi. On croyait même que l'alliage de deux ou plusieurs TMDC binaires différents dans un matériau monophasé était absolument impossible. »

Pour surmonter cet obstacle, l'associé de recherche postdoctoral Ihor Hlova a utilisé le broyage à billes et la fusion réactive ultérieure pour combiner des TMDC tels que le MoS 2 , WSe 2 , WS 2 , TaS 2 et NbSe 2 . Le broyage à billes est un processus mécanochimique capable d'exfolier des matériaux en couches en nanofeuilles à une ou quelques couches qui peuvent ensuite restaurer leurs arrangements multicouches en les réempilant.

« Le traitement mécanique traite les TMDC binaires comme le mélange de deux jeux de cartes distincts, dit Balema. "Ils sont réordonnés pour former des architectures hétérostructurées en 3D - un phénomène sans précédent observé pour la première fois dans notre travail."

Le chauffage des hétérostructures 3D résultantes les amène au bord de leur stabilité, réorganise les atomes à l'intérieur et entre leurs couches, résultant en des solides monophasiques qui peuvent à leur tour être exfoliés, ou pelé en couches simples 2-D similaires au graphène, mais avec les leurs, propriétés réglables uniques.

« Examen préliminaire des propriétés de quelques-uns seulement, composés indisponibles antérieurement, s'avère aussi passionnant que les résultats synthétiques sont, " ajoute Vitalij Pecharsky, scientifique principal et professeur émérite de science et d'ingénierie des matériaux du laboratoire Ames. " Très probablement, nous venons d'ouvrir les portes de la toute nouvelle classe de finement accordable, matière quantique."