Les matériaux stratifiés van der Waals sont d'un grand intérêt pour les applications électroniques et photoniques, selon des chercheurs de Penn State et du SLAC National Accelerator Laboratory, en Californie, qui fournissent de nouvelles informations sur les interactions des matériaux en couches avec les faisceaux laser et d'électrons.

Les matériaux van der Waals bidimensionnels sont composés de couches de molécules fortement liées avec une faible liaison entre les couches.

Les chercheurs ont utilisé une combinaison d'impulsions ultrarapides de lumière laser qui excitent les atomes dans un réseau de matériau de tellurure de gallium, suivi de l'exposition du réseau à une impulsion ultrarapide d'un faisceau d'électrons. Cela montre les vibrations du réseau en temps réel en utilisant la diffraction électronique et pourrait conduire à une meilleure compréhension de ces matériaux.

"C'est une technique assez unique, " a déclaré Shengxi Huang, professeur adjoint de génie électrique et auteur correspondant d'un article dans ACS Nano qui décrit leur travail. "Le but est de comprendre pleinement les vibrations du réseau, y compris dans le plan et hors du plan."

L'une des observations intéressantes de leur travail est la violation d'une loi qui s'applique à tous les systèmes matériels. La loi de Friedel postule que dans le schéma de diffraction, les paires de pics de Bragg centrosymétriques doivent être symétriques, résultant directement de la transformation de Fourier. Dans ce cas, cependant, les paires de pics de Bragg présentent des motifs oscillants opposés. Ils appellent ce phénomène la rupture dynamique de la loi de Friedel. C'est une observation très rare sinon inédite dans les interactions entre les faisceaux et ces matériaux.

« Pourquoi voyons-nous la violation de la loi de Friedel ? » elle a dit. "C'est à cause de la structure en treillis de ce matériau. Dans les matériaux en couches 2-D, les atomes de chaque couche s'alignent généralement très bien dans la direction verticale. Dans le tellurure de gallium, l'alignement atomique est un peu décalé."

Lorsque le faisceau laser éclaire le matériau, le chauffage génère le mode de phonon acoustique longitudinal d'ordre le plus bas, ce qui crée un effet d'oscillation pour le treillis. Cela peut affecter la façon dont les électrons se diffractent dans le réseau, conduisant à la rupture dynamique unique de la loi de Friedel.

Cette technique est également utile pour étudier les matériaux à changement de phase, qui absorbent ou rayonnent de la chaleur pendant le changement de phase. De tels matériaux peuvent générer l'effet électrocalorique dans les réfrigérateurs à semi-conducteurs. Cette technique sera également intéressante pour les personnes qui étudient les cristaux étrangement structurés et la communauté générale des matériaux 2-D.