Les matériaux ultrafins tels que le graphène promettent une révolution dans les nanosciences et la technologie. Chercheurs de l'Université de technologie Chalmers, Suède, ont publié une étude en Communication Nature dans lequel ils présentent une méthode pour contrôler les bords de matériaux bidimensionnels à l'aide d'un produit chimique "magique".

« Notre méthode permet de contrôler les arêtes – atome par atome – de manière à la fois simple et évolutive, en utilisant seulement un chauffage doux avec abondant, produits chimiques respectueux de l'environnement, comme le peroxyde d'hydrogène, " dit Battulga Munkhbat, chercheur postdoctoral au Département de physique de l'Université de technologie Chalmers, et premier auteur de l'article.

Des matériaux aussi minces qu'une seule couche atomique sont connus comme bidimensionnels, ou 2-D, matériaux. L'exemple le plus connu est le graphène, ainsi que le bisulfure de molybdène, son analogue semi-conducteur. Les développements futurs dans le domaine pourraient bénéficier de l'étude d'une caractéristique particulière inhérente à ces matériaux :leurs bords. Le contrôle des bords est un problème scientifique difficile, car ils sont très différents par rapport au corps principal d'un matériau 2D. Par exemple, un type spécifique de bord trouvé dans les dichalcogénures de métaux de transition (appelés TMD, tel que le bisulfure de molybdène susmentionné), peut avoir des propriétés magnétiques et catalytiques.

Les matériaux TMD typiques ont des bords qui peuvent exister en deux variantes distinctes, connu sous le nom de zigzag ou fauteuil. Ces alternatives sont si différentes que leurs propriétés physiques et chimiques ne se ressemblent pas du tout. Par exemple, les calculs prédisent que les bords en zigzag sont métalliques et ferromagnétiques, alors que les bords des fauteuils sont semi-conducteurs et non magnétiques. Semblable à ces variations remarquables dans les propriétés physiques, on pourrait s'attendre à ce que les propriétés chimiques des bords en zigzag et des fauteuils soient également très différentes. Si c'est le cas, il est possible que certains produits chimiques dissolvent les bords des fauteuils, tout en laissant ceux en zigzag inchangés.

Maintenant, un tel produit chimique magique est exactement ce que les chercheurs de Chalmers ont trouvé, sous la forme de peroxyde d'hydrogène ordinaire. En premier, les chercheurs ont été complètement surpris par les nouveaux résultats.

"Ce n'était pas seulement qu'un type d'avantage dominait les autres, mais aussi que les bords résultants étaient extrêmement tranchants, presque atomiquement tranchants. Cela indique que le produit chimique « magique » fonctionne d'une manière dite auto-limitante, éliminer la matière indésirable atome par atome, aboutissant finalement à des bords à la limite atomiquement nette. Les motifs résultants ont suivi l'orientation cristallographique du matériau TMD d'origine, produire du beau, nanostructures hexagonales atomiquement pointues, " dit Battulga Munkhbat.

« Une évolution extrêmement fascinante »

La nouvelle méthode, qui comprend une combinaison de méthodes lithographiques descendantes standard avec un nouveau procédé de gravure humide anisotrope, permet donc de créer des bords parfaits dans des matériaux bidimensionnels.

"Cette méthode ouvre des possibilités nouvelles et sans précédent pour les matériaux van der Waals (matériaux 2D en couches). Nous pouvons désormais combiner la physique des bords avec la physique 2D dans un seul matériau. C'est un développement extrêmement fascinant, " dit Timur Shegai, Professeur agrégé au Département de physique de Chalmers et responsable du projet de recherche.

Ces documents et d'autres documents connexes attirent souvent l'attention de la recherche, car ils permettent des avancées cruciales dans les nanosciences et la technologie, avec des applications potentielles allant de l'électronique quantique à de nouveaux types de nano-dispositifs. Ces espoirs se manifestent dans le Graphene Flagship, La plus grande initiative de recherche en Europe, qui est coordonné par Chalmers University of Technology.

Mettre la nouvelle technologie à disposition des laboratoires de recherche et des entreprises de haute technologie, les chercheurs ont fondé une start-up qui propose des matériaux TMD atomiquement tranchants de haute qualité. Les chercheurs prévoient également de développer davantage les applications de ces métamatériaux atomiquement pointus.