Matériaux bidimensionnels (2-D), qui se composent d'une seule couche d'atomes, ont attiré beaucoup d'attention depuis l'isolement du graphène en 2004. Ils ont des propriétés électriques, optique, et propriétés mécaniques, comme une conductivité élevée, souplesse et force, ce qui en fait des matériaux prometteurs pour des choses telles que les lasers, photovoltaïque, capteurs et applications médicales.

Lorsqu'une feuille de matériau 2D est placée sur une autre et légèrement tournée, la torsion peut changer radicalement les propriétés du matériau bicouche et conduire à des comportements physiques exotiques, comme la supraconductivité à haute température - sortie pour l'électrotechnique ; optique non linéaire – passionnante pour les lasers et la transmission de données ; et la super-lubrification structurelle - une propriété mécanique nouvellement découverte que les chercheurs commencent seulement à comprendre. L'étude de ces propriétés a donné naissance à un nouveau domaine de recherche appelé twistronique, soi-disant parce que c'est une combinaison de torsion et d'électronique.

Les chercheurs de l'Université d'Aalto, en collaboration avec des collègues internationaux, ont maintenant développé une nouvelle méthode pour fabriquer ces couches torsadées à des échelles suffisamment grandes pour être utiles, pour la première fois. Leur nouvelle méthode de transfert de couches à un seul atome de bisulfure de molybdène (MoS2) permet aux chercheurs de contrôler avec précision l'angle de torsion entre les couches jusqu'à un centimètre carré de surface, ce qui en fait un record en termes de taille. Le contrôle de l'angle de torsion intercouche à grande échelle est crucial pour les futures applications pratiques de la twistronique.

"Notre méthode de torsion démontrée nous permet d'ajuster les propriétés des structures MoS2 multicouches empilées à des échelles plus grandes que jamais. La méthode de transfert peut également s'appliquer à d'autres matériaux en couches bidimensionnels, " dit le Dr Luojun Du de l'Université d'Aalto, l'un des principaux auteurs de l'ouvrage.

Une avancée significative pour un tout nouveau domaine de recherche

Étant donné que la recherche sur la twistronique n'a été introduite qu'en 2018, des recherches fondamentales sont encore nécessaires pour mieux comprendre les propriétés des matériaux torsadés avant qu'ils ne trouvent leur voie vers des applications pratiques. Le prix Wolf de physique, l'un des prix scientifiques les plus prestigieux, a été décerné aux Profs. Rafi Bistritzer, Pablo Jarillo-Herrero, et Allan H. MacDonald cette année pour leurs travaux révolutionnaires sur la twistronique, ce qui indique le potentiel de changement de jeu du domaine émergent.

Des recherches antérieures ont démontré qu'il est possible de fabriquer l'angle de torsion requis par la méthode de transfert ou les techniques de manipulation de la pointe du microscope à force atomique à petite échelle. La taille de l'échantillon a généralement été de l'ordre de dix microns, moins que la taille d'un cheveu humain. Des films plus grands à quelques couches ont également été fabriqués, mais leur angle de torsion intercalaire est aléatoire. Désormais, les chercheurs peuvent développer de grands films à l'aide d'une méthode de croissance épitaxiale et d'une méthode de transfert d'aide à l'eau.

"Comme aucun polymère n'est nécessaire pendant le processus de transfert, les interfaces de notre échantillon sont relativement propres. Avec le contrôle de l'angle de torsion et des interfaces ultra-propres, nous pourrions régler les propriétés physiques, y compris les modes intercalaires basse fréquence, structure de bande, et propriétés optiques et électriques, " Dit Du.

"En effet, le travail est d'une grande importance pour guider les futures applications de la twistronique basée sur des matériaux 2D, " ajoute le professeur Zhipei Sun de l'université d'Aalto.

Les résultats ont été publiés dans Communication Nature .