Image de microscopie électronique du 6R TaS2 synthétisé avec un modèle atomique du matériau à gauche. Les sphères brunes représentent les atomes de Ta et les sphères jaunes représentent les atomes de soufre. Les positions et la disposition des atomes dans l'image microscopique correspondent exactement au modèle, confirmant sa structure. Crédit :Université de Manchester
Des scientifiques de l'Université de Manchester ont mis au point une méthode nouvelle mais simple pour produire des empilements verticaux de couches supraconductrices et isolantes alternées de disulfure de tantale (TaS2). Les découvertes, d'une équipe dirigée par le professeur Rahul Nair, pourraient accélérer le processus de fabrication de tels dispositifs - les hétérostructures dites de van der Waals - avec des applications dans les transistors à haute mobilité, le photovoltaïque et l'optoélectronique.
Les hétérostructures de Van der Waals sont très recherchées car elles présentent de nombreuses propriétés uniques et utiles que l'on ne trouve pas dans les matériaux naturels. Dans la plupart des cas, ils sont préparés en empilant manuellement une couche sur l'autre dans un processus long et laborieux.
Publié la semaine dernière dans la revue Nano Letters , l'étude - dirigée par des chercheurs du National Graphene Institute (NGI) - décrit la synthèse d'une hétérostructure volumique de van der Waals constituée de couches atomiques alternées de 1T et 1H TaS2. 1T et 1H TaS2 sont des polymorphes différents (matériaux de même composition chimique mais avec une variation d'arrangement atomique) de TaS2 avec des propriétés complètement différentes - le premier isolant, le second supraconducteur à basse température.
La nouvelle hétérostructure a été obtenue par la synthèse de 6R TaS2 (un type rare de TaS2, avec une structure en couches alternée 1T et 1H) via un processus appelé "transition de phase" à haute température (800˚C). En raison de sa structure inhabituelle, ce matériau montre la coexistence d'ondes de supraconductivité et de densité de charge, un phénomène très rare.
Le Dr Amritroop Achari, qui a dirigé l'expérience, a déclaré :"Notre travail présente un nouveau concept pour la conception d'hétérostructures en vrac. La nouvelle méthodologie permet la synthèse directe d'hétérostructures en vrac de 1T-1H TaS2 par une transition de phase à partir d'un 1T TaS2 facilement disponible. Nous croient que notre travail fournit des avancées significatives à la fois dans la science et la technologie."
Collaboration internationale
Les travaux ont été menés en collaboration avec des scientifiques du Centre d'excellence NANOlab de l'Université d'Anvers, en Belgique. Leur analyse par microscopie électronique à balayage à haute résolution a prouvé sans ambiguïté la structure hétérocouche alternée 1T-1H de 6R TaS2 pour la première fois et a ouvert la voie à l'interprétation des résultats.
Le professeur Milorad Milošević, chercheur principal de l'Université d'Anvers, a commenté :"Cette démonstration d'une structure en couches isolante-supraconductrice alternée dans 6R TaS2 ouvre une pléthore de questions intrigantes liées au comportement anisotrope de ce matériau dans le champ magnétique appliqué et le courant, émergent Physique Josephson, émission térahertz, etc., par analogie avec les cuprates massifs et les supraconducteurs à base de fer."
Les découvertes pourraient donc avoir un impact généralisé sur la compréhension de la supraconductivité 2D, ainsi que sur la conception de matériaux avancés pour les dispositifs basés sur les jonctions térahertz et Josephson, pierre angulaire de la technologie quantique de deuxième génération. Une nouvelle méthode de simulation quantique clarifie les propriétés corrélées du matériau complexe 1T -TaS2
