Des chercheurs de l’État du Texas étudient la technologie des nanomatériaux

La recherche sur les nanomatériaux est aujourd’hui l’un des domaines d’études scientifiques les plus dynamiques au monde. Au niveau atomique, des matériaux et composés communs peuvent être disposés et combinés de nouvelles manières pour produire de nouvelles propriétés qui n’existaient pas auparavant, mais accéder à ces propriétés lorsque des matériaux disparates sont combinés s’est avéré difficile.

De nouvelles recherches menées en partie à la Texas State University ont montré que des couches empilées de nitrure de bore hexagonal (hBN) peuvent produire un potentiel électrique périodique réglable (potentiel de moiré). Le potentiel de moiré peut modifier considérablement l’état des électrons, conduisant à des propriétés électroniques et optiques exotiques telles que la supraconductivité.

L'accordabilité du potentiel de moiré permet aux matériaux d'atteindre une gamme plus large de nouveaux états électroniques.

Une équipe de chercheurs dirigée par Yoichi Miyahara, professeur adjoint au Département de physique et membre du programme de science, d'ingénierie et de commercialisation des matériaux de l'État du Texas, et Xiaoqin Elaine Li, professeur au Département de physique et au Centre de quantification complexe de l'État du Texas. l'Université du Texas à Austin a réalisé cette avancée significative. Dong Seob Kim, étudiant diplômé du Département de physique et du Centre des systèmes quantiques complexes de l'Université du Texas à Austin, est l'auteur principal avec la contribution des étudiants diplômés en physique de l'État du Texas Roy C. Dominguez, Rigo Mayorga-Luna et Mitchell Ford. sur l'étude « Potentiel de moiré électrostatique des couches de hBN torsadées », publiée dans la revue Nature Materials (nature.com/articles/s41563-023-01637-7). Le hBN est l’un des nanomatériaux les plus importants utilisés en recherche. Disposé en feuilles bidimensionnelles d'un seul atome d'épaisseur, connues sous le nom de matériaux de Van der Waals, ce matériau exceptionnellement fin est couramment utilisé comme substrat isolant pour l'optoélectronique. Les dispositifs optoélectroniques tirent parti de la mécanique quantique et des effets physiques de la lumière sur les matériaux au niveau atomique ou subatomique.

Les matériaux van der Waals empilés verticalement hébergent un large éventail de phases électroniques corrélées qui pourraient s'avérer présenter des caractéristiques précieuses dans les nanomatériaux.

Les chercheurs démontrent que les couches de hBN, lorsqu'elles sont empilées avec un angle de torsion (t-hBN), présentent une accordabilité dans leur potentiel électronique périodique, accédant ainsi à une plus grande gamme de phases électroniques corrélées du matériau.

Lorsque deux cristaux d'orientations légèrement différentes sont superposés, ils créent un motif de moiré, qui est une nouvelle structure semblable à un réseau à plus grande échelle qui émerge de l'interférence des réseaux cristallins d'origine. Étant donné qu’un potentiel électrique périodique modifie le comportement des électrons dans les matériaux, la capacité de produire un potentiel périodique avec une période et une profondeur réglables est un élément clé pour obtenir de nouvelles propriétés intéressantes dans les matériaux. Le t-hBN peut potentiellement être utilisé pour induire des propriétés de matériaux exotiques dans d'autres matériaux de van der Waals, notamment le graphène et les dichalcogénures de métaux de transition, lorsqu'ils sont placés sur la couche de t-hBN empilée.