Les isosurfaces jaunes sur le panneau de gauche indiquent des électrons localisés entre les trimères C3. La structure ionisée à droite n'a pas d'électrons piégés, et certains des atomes M ont été largement déplacés. Ce déplacement des atomes M stabilise à nouveau significativement la structure ionisée. Crédit :Soungmin Bae et Hannes Raebiger
Une enquête exploratoire sur le comportement des matériaux avec des propriétés électriques souhaitables a abouti à la découverte d'une phase structurelle de matériaux bidimensionnels (2D). La nouvelle famille de matériaux sont les électrides, dans lequel les électrons occupent un espace habituellement réservé aux atomes ou aux ions au lieu d'orbiter autour du noyau d'un atome ou d'un ion. L'écurie, batterie faible, les matériaux accordables pourraient avoir des applications potentielles dans les nanotechnologies.
L'équipe de recherche internationale, dirigé par Hannes Raebiger, professeur agrégé au Département de physique de l'Université nationale de Yokohama au Japon, ont publié leurs résultats le 10 juin en frontispice de Matériaux fonctionnels avancés .
Initialement, l'équipe s'est attachée à mieux comprendre les propriétés fondamentales d'un système 2D connu sous le nom de Sc
Les chercheurs se sont particulièrement intéressés au MXene Sc
"Malgré ces prédictions fascinantes des phases hexagonales de Sc
La nouvelle phase structurelle aboutit à de nouveaux matériaux d'électride. La phase structurelle 2D atomique est décrite comme des formes en mosaïque formant le plan central du carbone. La forme précédemment prédite était un hexagone, avec un atome de carbone à chaque sommet et un au milieu. Les nouveaux matériaux ont une forme de losange, avec des électrons aux sommets et un trimère de carbone (trois atomes de carbone d'affilée) au milieu.
"Le carbone est l'un des matériaux les plus répandus sur notre planète, et assez important pour les êtres vivants, mais on ne le trouve presque jamais sous forme de trimères, " a déclaré Raebiger. " L'endroit le plus proche où se trouvent généralement les trimères de carbone est l'espace interstellaire. "
La forme générale est moins symétrique que la structure hexagonale précédemment décrite, mais il est plus symétrique par rapport au plan central. Cette structure offre des caractéristiques uniques dues à l'apparition de la nouvelle famille d'électrides, selon Raebiger.
"Les électrides contiennent des électrons en tant qu'unité structurelle et sont souvent de très bons conducteurs électriques, " a dit Raebiger. " La famille actuelle des électrides sont des isolants, et tandis que la plupart des isolants peuvent être rendus conducteurs en ajoutant ou en supprimant des électrons, ces matériaux deviennent simplement plus isolants."
Les MXenes sont particulièrement attractifs en tant que matériau, car ils peuvent être reconfigurés avec d'autres éléments métalliques pour offrir une corne d'abondance de propriétés, y compris la conductivité réglable, diverses formes de magnétisme, et/ou accélérer les réactions chimiques en tant que catalyseurs. En plus de cela, ce sont des feuilles ultra-minces de quelques atomes d'épaisseur seulement, C'est, Matériaux 2D. Les électrides nouvellement découverts ont des électrons dans les vides du réseau entre les atomes et les ions, qui peut être facilement émis dans l'espace environnant, comme les sources d'électrons pour les grands accélérateurs de particules, ainsi qu'être emprunté pour catalyser une réaction chimique spécifiquement souhaitée.
"Nous avons fait cette découverte parce que nous voulions comprendre comment ces matériaux fonctionnent mieux, " a dit Bae. " Si vous rencontrez quelque chose que vous ne comprenez pas, creuser plus profondément."
Les co-auteurs incluent William Espinosa-García et Gustavo M. Dalpian, Centro de Ciências Naturais e Humanas, Universidade Federal do ABC, Brésil; Yoon-Gu Kang et Myung Joon Han, Département de physique, Institut avancé coréen des sciences et de la technologie ; Juho Lee et Yong Hoon Kim, Département de l'ingénierie electrique, Institut avancé coréen des sciences et de la technologie ; Noriyuki Egawa, Kazuaki Kuwahata et Kaoru Ohno, Département de physique de l'Université nationale de Yokohama ; et Mohammad Khazaei et Hideo Hosono, Centre de recherche sur les matériaux pour Element Strategy, Institut de technologie de Tokyo. Espinosa-García est également affiliée au Grupo de investigación en Modelamienot y Simulación Computacional, Faculté d'ingénierie, Université de San Buenaventura-Medellín.