Une équipe de chercheurs de l'Institut National du Graphène, ont démontré que les réseaux atomiques de dichalcogénures de métaux de transition 2D légèrement tordus subissent une reconstruction de réseau étendue, qui peuvent modeler leurs propriétés optoélectroniques à l'échelle nanométrique.

Depuis l'isolement du graphène en 2004, les chercheurs ont identifié une multitude de matériaux 2D, chacun avec des propriétés spécifiques et souvent passionnantes.

Plus important, ces cristaux atomiquement minces peuvent être empilés ensemble, de la même manière que pour empiler des briques Lego, afin de créer des matériaux artificiels aux propriétés souhaitées, appelés hétérostructures.

La rotation mutuelle des cristaux adjacents dans de telles hétérostructures, ou tordre, joue un rôle important dans leurs propriétés résultantes, mais jusqu'à présent, ces études ont été largement limitées au graphène et au nitrure de bore hexagonal.

Dans le rapport, Publié dans Nature Nanotechnologie , l'équipe a décrit que pour de petits angles de torsion, les réseaux atomiques de dichalcogénures de métaux de transition s'ajustent localement pour former des îlots bicouches parfaitement empilés, séparés par des joints de grains qui accumulent la déformation résultante. En utilisant la microscopie électronique à transmission (MET) à résolution atomique, ils ont démontré que l'empilement des deux monocouches presque parallèlement (angle de torsion proche de 0°) et antiparallèle (angle de torsion proche de 180°) produit des motifs de domaine périodiques très différents.

Les propriétés électroniques des matériaux 2D devraient dépendre de la configuration d'empilement atomique locale et de tels réseaux de domaines périodiques peuvent ouvrir une voie pour modéliser les propriétés des matériaux avec une précision nanométrique. À cette fin, l'équipe a découvert que le domaine dans les bicouches presque parallèles démontre une asymétrie intrinsèque des fonctions d'onde électronique jamais vue auparavant dans d'autres matériaux 2D.

En bicouches anti-parallèles, la structure de domaine résultante produit de fortes textures piézoélectriques détectées par un microscope à force atomique conducteur, qui régira le mouvement des électrons, trous un excitons dans ce système.

Ce travail démontre que le degré de liberté de « torsion » dans la conception d'hétérostructures peut permettre la création de nouveaux systèmes quantiques passionnants, tels que des réseaux périodiques contrôlables de points quantiques et d'émetteurs de photons uniques.

Astrid Weston, L'auteur de l'article a déclaré :"Une compréhension fondamentale de l'évolution de la structure cristalline des dichalcogénures de métaux de transition torsadés est essentielle à l'étude de leurs propriétés électroniques et optiques passionnantes et manquait sur le terrain."

Dr Roman Gorbatchev, qui a dirigé l'équipe a déclaré :« La torsion aura un impact révolutionnaire sur le domaine des matériaux 2D, et notre travail est une étape importante sur cette voie."