Les atomes se lient en partageant des électrons. La façon dont cela se produit dépend des types d'atomes mais aussi de conditions telles que la température et la pression. Dans les matériaux bidimensionnels (2D), tels que le graphène, les atomes se rejoignent le long d'un plan pour former des structures d'un seul atome d'épaisseur, ce qui conduit à des propriétés fascinantes déterminées par la mécanique quantique. Des chercheurs de l'Université de Vienne, en collaboration avec les universités de Tübingen, d'Anvers et de CY Cergy Paris, ainsi que Danubia NanoTech, ont produit un nouveau matériau 2D composé d'atomes de cuivre et d'iode pris en sandwich entre deux feuilles de graphène. Les résultats ont été publiés dans la revue Advanced Materials .

La conception de nouveaux matériaux permet soit une efficacité améliorée des applications connues, soit des applications totalement nouvelles qui étaient hors de portée avec les matériaux précédemment existants. En effet, des dizaines de milliers de matériaux conventionnels tels que les métaux et leurs alliages ont été identifiés au cours des cent dernières années. Un nombre similaire de matériaux 2D possibles a été prédit, mais pour l'instant, seule une fraction d'entre eux ont été produits dans des expériences. L'une des raisons en est l'instabilité de bon nombre de ces matériaux dans des conditions de laboratoire.

Dans l'étude récente, les chercheurs ont synthétisé de l'iodure cuivreux 2D qui a été stabilisé dans un sandwich au graphène, comme premier exemple d'un matériau qui n'existe pas autrement dans des conditions normales de laboratoire. La synthèse utilise le grand espacement intercouche des multicouches de graphène oxydé, ce qui permet aux atomes d'iode et de cuivre de se diffuser dans l'espace et de faire croître le nouveau matériau. Les couches de graphène ont ici un rôle important en imposant une forte pression sur le matériau pris en sandwich qui se stabilise ainsi. La structure sandwich résultante est montrée dans l'illustration.

"Comme si souvent, lorsque nous avons vu pour la première fois le nouveau matériau dans nos images de microscopie, ce fut une surprise", déclare Kimmo Mustonen, l'auteur principal de l'étude. "Il nous a fallu un certain temps pour comprendre quelle était précisément la structure. Cela nous a permis, avec la société Danubia NanoTech, dirigée par Viera Skákalová, de concevoir un procédé chimique pour la produire à grande échelle", poursuit-il. La compréhension de la structure a été un effort conjoint de scientifiques des universités de Vienne, Tübingen, Anvers et CY Cergy Paris. "Nous avons dû utiliser plusieurs techniques de microscopie électronique pour nous assurer que nous voyions bien une monocouche de cuivre et d'iode et pour extraire les positions exactes des atomes en 3D, y compris les dernières méthodes que nous avons récemment développées", ajoute le deuxième auteur principal Christoph Hofer. .

Après l'iodure de cuivre 2D, les chercheurs ont déjà élargi la méthode de synthèse pour produire d'autres nouveaux matériaux 2D. "La méthode semble être vraiment universelle, donnant accès à des dizaines de nouveaux matériaux 2D. Nous vivons une époque vraiment passionnante", conclut Kimmo Mustonen. + Explorer plus loin

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