Des chercheurs de l’Université métropolitaine de Tokyo ont conçu une gamme de nouveaux nanotubes de dichalcogénure de métal de transition (TMD) à paroi unique avec différentes compositions, chiralités et diamètres en s’appuyant sur des nanotubes de nitrure de bore. Ils ont également réalisé des nanotubes ultra-fins cultivés à l’intérieur du modèle et ont réussi à adapter des compositions pour créer une famille de nouveaux nanotubes. La capacité de synthétiser une gamme diversifiée de structures offre des informations uniques sur leur mécanisme de croissance et leurs nouvelles propriétés optiques.
Les travaux sont publiés dans la revue Advanced Materials .
Le nanotube de carbone est une merveille de la nanotechnologie. Fabriqué en enroulant une fine feuille atomique d'atomes de carbone, il possède une résistance mécanique et une conductivité électrique exceptionnelles parmi une gamme d'autres propriétés optoélectroniques exotiques, avec des applications potentielles dans les semi-conducteurs au-delà de l'ère du silicium.
Les principales caractéristiques des nanotubes de carbone proviennent d’aspects subtils de leur structure. Par exemple, comme un morceau de papier enroulé en biais, les nanotubes ont souvent une chiralité, une « main » dans leur structure qui les rend différents de leur image miroir. C'est également pourquoi les scientifiques se tournent vers des matériaux autres que le carbone, qui pourraient permettre une plus large gamme de structures.
L'accent est mis sur les composés de dichalcogénure de métaux de transition (TMD), constitués de métaux de transition et d'éléments du groupe 16. Non seulement il en existe toute une famille, mais les TMD possèdent des caractéristiques que l'on ne retrouve pas dans les nanotubes de carbone, telles que la supraconductivité et les propriétés photovoltaïques, où l'exposition à la lumière génère une tension ou un courant.
Toutefois, pour exploiter tout le potentiel des TMD, les scientifiques doivent être capables de fabriquer des nanotubes à simple paroi de différentes compositions, diamètres et chiralités, de manière à pouvoir étudier leurs propriétés individuelles. Cela s'est avéré difficile :les nanotubes TMD se forment généralement dans des structures concentriques à parois multiples, où chaque couche peut avoir une chiralité différente. Il est donc difficile de déterminer, par exemple, quel type de chiralité donne naissance à des propriétés spécifiques.
Aujourd’hui, une équipe dirigée par le professeur adjoint Yusuke Nakanishi de l’Université métropolitaine de Tokyo a trouvé un moyen d’y parvenir. En utilisant des nanotubes de nitrure de bore comme modèle, ils ont pu développer avec succès une gamme de nanotubes TMD à simple paroi en ajoutant les éléments requis par exposition à la vapeur.
Lors de travaux antérieurs, ils avaient fabriqué des nanotubes de sulfure de molybdène à simple paroi. En examinant plus en détail les nanotubes individuels, ils ont désormais distingué toute une pléthore de tubes à simple paroi de différents diamètres et chiralités. Plus précisément, ils ont mesuré les « angles chiraux » de tubes individuels qui, combinés à leurs diamètres, déterminent des structures chirales uniques.
Ils ont découvert, pour la première fois, que les angles chiraux de leurs nanotubes étaient distribués de manière aléatoire :cela signifie qu'ils ont accès à toute la gamme des angles possibles, promettant de nouvelles connaissances sur la relation entre la chiralité et les états électroniques, une question clé non résolue dans le domaine de la chiralité. champ. Il y avait également des tubes ultra-fins de seulement quelques nanomètres de diamètre cultivés à l'intérieur du modèle, et non à l'extérieur, une plate-forme unique pour observer les effets de la mécanique quantique.
En peaufinant leur recette, l’équipe a désormais également réussi à changer à la fois le métal et le chalcogène, produisant ainsi des nanotubes en alliage de séléniure de molybdène, de séléniure de tungstène et de sulfure de tungstène-molybdène. Ils ont même fabriqué des nanotubes avec un élément à l'extérieur et un autre à l'intérieur, des nanotubes de type "Janus", du nom du dieu à deux visages de la mythologie romaine.
Les diverses nouvelles entrées de l'équipe dans la famille des nanotubes promettent de nouveaux progrès audacieux non seulement dans notre compréhension des nanotubes TMD, mais aussi dans la manière dont les propriétés exotiques découlent de leurs structures.
Plus d'informations : Yusuke Nakanishi et al, Diversité structurelle des nanotubes de dichalcogénure de métal de transition à paroi unique cultivés via une réaction de modèle, Matériaux avancés (2023). DOI : 10.1002/adma.202306631
Informations sur le journal : Matériaux avancés
Fourni par l'Université métropolitaine de Tokyo
