Les scientifiques des matériaux peuvent désormais mélanger des composés en couches ensemble, un peu comme combiner deux jeux de cartes différents. La technique, récemment découvert par une équipe de chercheurs du laboratoire Ames du département américain de l'Énergie, mène au développement de nouveaux matériaux dotés de propriétés de transport d'électrons inhabituelles qui ont des applications potentielles dans les technologies quantiques de nouvelle génération.

La technique découverte a montré une autre application inattendue et prometteuse dans la conception de nouveaux matériaux. L'approche de "reshuffling" peut générer des hétérostructures tridimensionnelles (3D) thermiquement stables à partir de dichalcogénures de métaux de transition en couches (TMDC). Ce sont des matériaux de van der Waals composés de nanocouches métalliques prises en sandwich entre deux autres couches de chalcogènes - le soufre, sélénium, ou tellure. Semblable au graphite, ces composés peuvent être exfoliés en couches 2D, qui présentent des propriétés de transport d'électrons et des phénomènes quantiques uniques.

"Les TMDC intriguent beaucoup les chercheurs en tant que possibilité d'applications dans les énergies renouvelables, catalyse et optoélectronique, pour n'en citer que quelques-uns, " a déclaré le chef de projet Viktor Balema, un scientifique principal dans les divisions des sciences et de l'ingénierie des matériaux au laboratoire Ames. "Notre objectif dans la recherche a été le développement de telles méthodes de réassemblage pour ces matériaux en couches, qui ne sont pas seulement efficaces, mais aussi évolutif et rentable en production."

Les chercheurs du laboratoire Ames ont réussi à surmonter l'un des principaux défis de la composition de ces matériaux en couches :la difficulté de prendre en sandwich des éléments atomiquement dissemblables, sans rapport, matériaux - grâce à l'utilisation de la mécanochimie qui est facilitée par le broyage à billes.

"Maintenant, nous avons démontré que nous pouvons concevoir mécanochimiquement de nouvelles hétérostructures en couches, contrôler leur composition et régler leurs propriétés, " dit Ihor Hlova, un scientifique dans les divisions des sciences et de l'ingénierie des matériaux au laboratoire Ames. "Cela ouvre la voie à une variété de combinaisons différentes - les possibilités sont fondamentalement illimitées."

Jusque là, cette approche s'est avérée efficace sur plusieurs groupes de composés très différents et continue de surprendre les scientifiques avec de nouvelles découvertes. Les matériaux préparés à l'aide de la technique de "reshuffling de couches" de l'équipe ont déjà montré un large éventail de propriétés de transport d'électrons allant de la semi-conductivité à la conductivité métallique, selon les blocs de construction impliqués.

La recherche est discutée plus en détail dans l'article "Incommensurate transition-metal dichalcogenides via mecanochemical reshuffling of binary précurseurs, " Publié dans Avancées à l'échelle nanométrique .