Depuis l'enfance, nous sommes habitués au fait que lorsque vous ajoutez une pomme à une autre, vous obtenez deux pommes. La même chose se produit avec les crayons, les machines à écrire et les ballons. Et en physique ce n'est pas forcément le cas. Si vous apportez deux films d'épaisseur monoatomique, comme du graphène, suffisamment proches d'une petite distance, vous obtenez un nouveau matériau.
Dans ce cas, nous aurons toujours deux objets séparés, qui, en principe, peuvent être retirés. L'interaction entre eux est due aux forces de van der Waals - une interaction électromagnétique interatomique relativement faible. Le résultat est un nouveau matériau (hétérostructure) dont les propriétés ne sont pas tant déterminées par sa composition chimique que par la disposition des couches. Un film à deux (ou plus) couches peut être plié et tordu - ce qui entraîne également une modification de ses propriétés physiques.
Des expériences similaires ont été menées sur le graphène pendant de nombreuses années, mais le graphène dans ce cas n'est pas très intéressant. Dans les conditions auxquelles nous sommes habitués, il n'y a pas d'intervalle interdit qui transforme une substance en semi-conducteur; des efforts particuliers sont nécessaires pour le créer. Mais, il existe d'autres matériaux.
Dans ce cas, des chercheurs de l'Université de Sheffield (Grande-Bretagne) ont utilisé des hétérostructures de van der Waals constituées de dichalcogénures de métaux de transition. Une petite digression s'impose ici. Les chalcogènes sont des éléments chimiques du 16e groupe du tableau périodique: une colonne commençant par l'oxygène et le soufre par le haut et se terminant par un livermorium radioactif. Il existe de nombreux métaux de transition, dans la vie de tous les jours, nous sommes plus familiers avec le cuivre, le molybdène et le zinc.
Les chercheurs ont assemblé un «sandwich» de couches de disiléniure de molybdène (MoSe2) et de disulfate de tungstène (WS2). La conductivité du matériau obtenu change périodiquement de la même manière que l'effet moiré apparaît sur deux rideaux de tulle pliés.
Comme l'a dit le professeur Alexander Tartakovsky de l'Université de Sheffield, les matériaux s'influencent mutuellement et changent les propriétés de l'autre, et ils doivent être considérés comme un métamatériau complètement nouveau avec des propriétés uniques, de sorte qu'un plus un ne donne pas deux. Les scientifiques ont également constaté que le degré d'hybridation dépend fortement de la torsion du «sandwich», au cours de laquelle la distance entre les réseaux atomiques de chaque couche change.
«Nous avons constaté que la torsion des couches dans une hétérostructure crée une nouvelle périodicité supra-atomique appelée super-réseau moiré», explique Tartakovsky. Un super-réseau de moiré avec une période dépendante de la torsion détermine comment les propriétés de deux semi-conducteurs s'hybrident."
Le professeur Tartakovsky a ajouté: «Une image plus complexe de l'interaction des matériaux atomiquement minces dans les hétérostructures de van der Waals est en train d'émerger. Ceci est intéressant car cela permet d'accéder à une large gamme de propriétés des matériaux, telles que la conductivité variable réglable par torsion, les propriétés optiques, le magnétisme, etc. Cela peut et sera utilisé comme de nouveaux degrés de liberté dans le développement de dispositifs basés sur des matériaux bidimensionnels.
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Vous pouvez lire les détails dans un article publié dans Nature.
Sergey Sysoev