Nouveaux résultats de recherche sur le graphène

Les matériaux bidimensionnels promettent des progrès révolutionnaires en électronique et en photonique, mais bon nombre des candidats les plus prometteurs se dégradent en quelques secondes après exposition à l'air, ce qui les rend pratiquement impropres à la recherche ou à l'intégration dans des technologies pratiques. Les dihalogénures de métaux de transition constituent une classe de matériaux à la fois très attrayante et stimulante ; leurs propriétés prévues sont bien adaptées aux dispositifs de nouvelle génération, mais leur réactivité extrêmement élevée dans l'air entrave même la caractérisation de leur structure fondamentale.

Des chercheurs de l'Institut national du graphène de l'Université de Manchester ont réalisé, pour la première fois, une imagerie à résolution atomique de diiodures de métaux de transition monocouches en créant des échantillons TEM scellés au graphène qui empêchent ces matériaux hautement réactifs de se dégrader au contact de l'air.

Cette recherche, publiée dans ACS Nano, démontre que l'encapsulation complète des cristaux dans le graphène maintient des interfaces atomiquement propres et prolonge leur durée de vie de quelques secondes à plusieurs mois.

Cette capacité découle d'une amélioration de la méthode de transfert de tampons inorganiques précédemment développée et rapportée par l'équipe dans *Nature Electronics*, qui jette les bases de la production d'échantillons stables et scellés.

"Au départ, la manipulation de ces matériaux était presque impossible car ils seraient complètement détruits quelques secondes après leur exposition à l'air, rendant les méthodes de préparation traditionnelles tout simplement inutilisables", a expliqué le Dr Wendong Wang, qui a participé au développement de la technologie de transfert et à la préparation des échantillons concernés. "Notre méthode protège les échantillons sans aucune étape de transfert inutile. Elle permet la préparation d'échantillons qui peuvent être conservés non seulement pendant des heures mais aussi pendant des mois, et peuvent être transférés au niveau international entre différentes institutions, résolvant ainsi un goulot d'étranglement majeur dans le domaine de la recherche sur les matériaux bidimensionnels."

"Une fois que nous avons pu préparer des échantillons stables, nous avons pu faire des observations intéressantes sur ces matériaux, notamment en identifiant d'importantes variations structurelles locales, la dynamique des défauts atomiques et l'évolution de la structure des bords dans les échantillons les plus minces", a déclaré le Dr Gareth Teton, qui a dirigé l'imagerie et l'analyse par microscopie électronique à transmission pour ce travail.

Photo de l'Université de Manchester

"La structure des matériaux bidimensionnels est étroitement liée à leurs propriétés. Par conséquent, être capable d'observer directement les structures de différents cristaux (des monocouches aux épaisseurs massives) et leur comportement des défauts devrait fournir des informations pour des recherches plus approfondies sur ces matériaux, libérant ainsi leur potentiel dans le domaine technologique."

"Ce qui me passionne le plus, c'est que cette recherche ouvre des domaines scientifiques jusqu'alors inaccessibles. Nous savons théoriquement que de nombreux matériaux actifs bidimensionnels ont des performances exceptionnelles dans les applications électroniques, optoélectroniques et quantiques, mais nous n'avons pas pu obtenir d'échantillons stables en laboratoire pour vérifier ces prédictions", a commenté le professeur Roman Gorbatchev de l'Institut national du graphène, qui a dirigé la recherche.