Les matériaux bidimensionnels comme le graphène présentent des propriétés fascinantes telles que la supraconductivité, une résistance extraordinaire et des phénomènes quantiques exotiques. Les scientifiques du Forschungszentrum Jülich, en collaboration avec des partenaires de l'Institut indien de technologie de Patna et de l'Université australienne de Newcastle, ont créé un matériau spécial de ce type présentant un caractère métallique. Il se compose d'une seule couche atomique d'atomes de molybdène et est également appelé « molybdène ».
Les scientifiques ont réussi à produire une fine feuille de molybdène métallique, qui n’a qu’une épaisseur atomique. Le nouveau matériau est donc aussi fin que le graphène, probablement le matériau 2D le plus connu. Ce dernier est constitué de carbone et a été isolé pour la première fois en 2004. La découverte a suscité une grande attention car le graphène conduit l'électricité et la chaleur bien mieux que le cuivre et est cent fois plus stable que l'acier.
En même temps, il est exceptionnellement léger et flexible. En raison de sa structure 2D spéciale, le graphène présente également des effets électromagnétiques inhabituels qui pourraient permettre des innovations révolutionnaires dans le domaine de la technologie quantique.
Ces dernières années, d’autres matériaux 2D comme le phosphorène ou le germanène ont été introduits. Comme le molybdène, ils présentent des propriétés impressionnantes, même si ce dernier diffère encore des autres matériaux 2D sur certains aspects. "De nombreux matériaux 2D sont sensibles à la chaleur, mais pas le molybdène. De plus, il s'agit du premier matériau métallique 2D dans lequel des couches autoportantes ont pu être préparées", explique le professeur Ilia Valov de l'Institut Peter Grünberg (PGI-7) du Forschungszentrum. Juliers.
Les chercheurs ont créé le nouveau matériau 2D à l'aide d'un micro-ondes, dans lequel ils ont chauffé un mélange de sulfure de molybdène (MoS2 ) et du graphène à incandescence à une température d'environ 3000 degrés Celsius. Dans une réaction provoquée par le champ électrique des micro-ondes, des structures capillaires finement ramifiées se sont formées dans lesquelles se trouvent les couches effilées de molybdène. Celles-ci sont également appelées « moustaches ».
Lors des premiers tests, les scientifiques ont déjà pu observer diverses propriétés utiles. "Le molybdène est mécaniquement extrêmement stable. Il pourrait être utilisé, par exemple, comme revêtement d'électrodes pour rendre les batteries encore plus puissantes et robustes", explique Ilia Valov.
Les chercheurs s’attendent à ce que le matériau possède d’autres propriétés électroniques exotiques, similaires au graphène, en raison de sa structure 2D spéciale. En raison de son caractère métallique, il possède également des électrons en mouvement libre. Ceux-ci s'accumulent sur les deux faces latérales du molybdène, ce qui fait de ce matériau un candidat intéressant pour les catalyseurs destinés à accélérer les réactions chimiques.
En collaboration avec l'Institut indien de technologie de Patna et l'Université australienne de Newcastle, les chercheurs ont déjà pu développer une application scientifique pratique du molybdène. Grâce à sa stabilité et à son excellente conductivité électrique et thermique, il convient parfaitement comme pointe de mesure pour la microscopie à force atomique (AFM) et la spectroscopie RAMAN améliorée en surface (SERS).
Les premiers enregistrements d'échantillons montrent que le molybdène offre divers avantages par rapport aux matériaux de pointe établis et, en raison de sa forme fine et plate, est capable de fournir une protection particulièrement bonne contre les signaux d'interférence indésirables.
Plus d'informations : Tumesh Kumar Sahu et al, Synthèse par micro-ondes de molybdène à partir de MoS2 , Nanotechnologie naturelle (2023). DOI :10.1038/s41565-023-01484-2
Informations sur le journal : Nanotechnologie naturelle
Fourni par le Forschungszentrum Juelich
