Des matériaux 2D autoportés pour préserver leurs propriétés
Fin du fin des nanotechnologies, les matériaux 2D sont composés d’une unique couche d’atomes ou de molécules, ce qui les rend très sensibles à la nature de leur substrat. Des chercheurs de l’Institut Charles Delaunay et de l’université coréenne Sungkyunkwan ont contourné ce problème en minimisant à l’extrême les points de contact entre les deux couches. Ces travaux sont publiés dans la revue Advanced Materials.
Si l’épaisseur atomique des matériaux 2D est à l’origine de leurs propriétés extraordinaires, elle les rend également vulnérables à leur substrat. À l’échelle d’un film d’un seul atome (ou molécule) d’épaisseur, les particules voisines exercent des forces à même de modifier leurs propriétés. Des chercheurs du laboratoire de nanotechnologie et d’instrumentation optique de l’Institut Charles Delaunay (LNIO, CNRS/Université de Technologie de Troyes) et le Centre de physique de nanostructures intégrées (CINAP) de l’université coréenne Sungkyunkwan ont développé une méthode pour pallier ce phénomène. Ils ont déposé des matériaux 2D de la famille des TMD, les dichalcogénures de métaux de transition, sur des nanofils d’oxyde de zinc autoassemblés. Les points de contact entre les deux matériaux sont alors si réduits que le matériau est dit autosupporté. Le substrat de nanofils s’obtient par simple croissance chimique en solution, un procédé compatible avec une production à grande échelle et bas coût.
Afin de vérifier que les propriétés des matériaux 2D étaient bien conservées, les chercheurs se sont penchés sur leurs capacités à émettre de la lumière. Le film autosupporté présente une émission cent fois supérieure à quand il est déposé sur une surface classique confirmant que ses caractéristiques ne sont plus altérées. Si la méthode ne fonctionne que pour les matériaux 2D suffisamment rigide, elle ouvre d’ores et déjà de nombreuses perspectives. Elle devrait permettre de fabriquer des composants optoélectroniques ultrafins d’épaisseur atomique comme des LED, des photodétecteurs ou encore des cellules photovoltaïques. Les chercheurs étudient également la possibilité d’utiliser le substrat à nanofils pour modifier localement et de manière contrôlée, les propriétés de ces matériaux 2D autosupportés. Cette technologie a fait l’objet d’un dépôt de brevet1
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Couverture de la revue Advanced Materials : cette figure illustre le concept de matériaux 2D suspendus intégrés. Une émission très intense a été démontrée dans le cas de dichalcogénures de métaux de transition (TMDs). Cette émission est due à l'absence de stress sur l'ensemble de la feuille suspendue qui est lui même le résultat du contact très limité entre le matériau et le tapis de nanofils de ZnO servant ici de support mécanique.
Références :
Integrated Freestanding Two-dimensionnal Transition Metal Dichalcogenides
Hyun Jeong, Hye Min Oh, Anisha Gokarna, Hyun Kim, Seok Joon Yun, Gang Hee Han, Mun Seok Jeong, Young Hee Lee, Gilles Lerondel
Advanced Materials, Volume 29, Issue 18
DOI: 10.1002/adma.201770119
- 1Référence de demande de dépôt de brevet : FR 1670741