Pour la première fois, des monocouches de dichalcogénures de métaux de transition avec d'excellentes propriétés optiques ont été développées. Une équipe de physiciens de l'Université de Varsovie a réussi à surmonter les difficultés techniques rencontrées par l'industrie et les scientifiques du monde entier, à savoir la taille très limitée, hétérogénéité, et l'élargissement des raies spectrales des matériaux fabriqués. Des monocouches sans ces défauts ont été développées par épitaxie par faisceau moléculaire sur des substrats de nitrure de bore atomiquement plats.

Cristaux bidimensionnels à structure en nid d'abeille, dont le fameux graphène, ont déjà révolutionné les nanosciences et ont le potentiel de révolutionner les technologies courantes, également. Par conséquent, il est hautement souhaitable de développer des méthodes à l'échelle industrielle pour leur production.

Cependant, malgré des investissements substantiels dans le développement de techniques de croissance de cristaux atomiquement minces, les monocouches de meilleure qualité sont actuellement encore obtenues par exfoliation, c'est-à-dire en raison du détachement mécanique des couches atomiques individuelles du cristal massif. Par exemple, les flocons de graphène exfoliés à partir de graphite en vrac présentent des propriétés électriques supérieures par rapport au graphène cultivé. En revanche, la taille des monocouches exfoliées mécaniquement est plutôt petite.

De la même manière, les propriétés optiques des dichalcogénures de métaux de transition bidimensionnels (par exemple le diséléniure de molybdène) ne sont pleinement révélées que pour les couches obtenues à la suite d'une exfoliation et après avoir subi un traitement mécanique supplémentaire, comme les placer entre des couches de nitrure de bore. Cependant, comme déjà mentionné, cette technique ne conduit pas à des cristaux atomiquement minces à plus grande échelle, résultant en une hétérogénéité, taille limitée, et même à l'apparition d'ondulations, bulles, et bords irréguliers.

D'où, il est crucial de développer une technique de culture de dichalcogénures de métaux de transition bidimensionnels qui permettra la production de monocouches de grande surface. Actuellement, l'une des technologies les plus avancées pour produire des cristaux semi-conducteurs minces est l'épitaxie par faisceau moléculaire (MBE). Il fournit des structures de faible dimension sur de grandes plaquettes, avec une grande homogénéité, mais son efficacité dans la production de dichalcogénures de métaux de transition a été très limitée jusqu'à présent. En particulier, les propriétés optiques des monocouches cultivées en MBE ont été jusqu'à présent plutôt modestes, par exemple. les raies spectrales ont été larges et faibles, montrant peu de perspectives pour l'utilisation des propriétés optiques spectaculaires des dichalcogénures de métaux de transition à plus grande échelle.

C'est dans ce domaine que des chercheurs de la Faculté de physique de l'Université de Varsovie ont fait une percée. En collaboration avec plusieurs laboratoires d'Europe et du Japon, ils ont mené une série d'études sur la croissance de monocouches de dichalcogénures de métaux de transition sur un substrat de nitrure de bore atomiquement plat. De cette façon, en utilisant la méthode MBE, ils ont obtenu des cristaux plats, de taille égale au substrat, montrant des paramètres uniformes sur toute la surface, y compris - le plus précieux - d'excellentes propriétés optiques.

Les résultats des travaux viennent d'être publiés dans le dernier volume de la prestigieuse revue Lettres nano . La découverte oriente les futures recherches sur la production industrielle de matériaux atomiquement minces. En particulier, cela indique la nécessité de développer de plus grandes plaquettes de nitrure de bore atomiquement plates. Sur de telles plaquettes, il sera possible de faire croître des monocouches avec la qualité optique, dimensions, et l'homogénéité requise pour les applications optoélectroniques.