Des couches de nanofeuilles cristallines permettent d'accorder des propriétés électroniques

Le bore est un élément non métallique polyvalent, mais jusqu'à ces cinq dernières années, les chimistes n'avaient théorisé que les propriétés utiles et les applications des matériaux bidimensionnels (2D) contenant du bore. Un groupe dirigé par des chercheurs de l'Université de Tsukuba a donné vie à la théorie en préparant les premières nanofeuilles de monosulfure de bore (BS) 2D qui peuvent être manipulées couche par couche pour contrôler leurs propriétés électroniques.

Les surfaces intrinsèquement grandes et les divers états électroniques des matériaux 2D en font de bons candidats pour les applications dans les batteries et autres dispositifs. De plus, la combinaison de blocs de construction 2D dans de nouveaux matériaux peut permettre un meilleur contrôle de leurs fonctionnalités. Des études informatiques antérieures avaient suggéré que BS pourrait adopter plusieurs structures 2D stables avec des propriétés uniques. Par conséquent, les chercheurs ont fabriqué un matériau en vrac 1:1 bore:sulfure, qui avait une structure cristalline rhomboédrique (un losange tridimensionnel) (r-BS), puis a retiré des nanocouches individuelles (2D BS), qui maintenaient le matériau d'origine. arrangement cristallin.

"Notre analyse a confirmé ce que nos propres calculs avaient prédit", déclare le chef du groupe de recherche, le professeur Takahiro Kondo. "C'est-à-dire que les nanofeuilles BS avaient une énergie de bande interdite différente de celle du matériau en vrac, et surtout, la bande interdite pouvait être ajustée en fonction du nombre de feuilles BS 2D empilées."

La capacité à conduire un courant électrique est liée à l'énergie de la bande interdite d'un matériau, il s'agit donc d'une propriété clé liée aux applications potentielles des appareils électroniques. Les chercheurs ont découvert que l'énergie de la bande interdite d'une seule nanofeuille de BS était relativement importante, mais qu'elle diminuait successivement à mesure qu'ils ajoutaient une ou deux couches de nanofeuilles supplémentaires. L'énergie de la bande interdite de la pile a finalement atteint le niveau de la masse r-BS après l'assemblage d'environ cinq feuilles.

"Cette caractéristique et la masse d'électrons efficace de la lumière des nanofeuilles de BS ont indiqué qu'elles pourraient potentiellement servir de matériaux semi-conducteurs de type n à haute conductivité", a déclaré Kondo, "ce qui les rend uniques parmi les autres matériaux connus contenant du bore 2D qui ne le font pas. ont des bandes interdites."

En raison de leurs structures de bande interdite distinctes, les électrodes comprenant r-BS ou BS 2D ont répondu à différentes longueurs d'onde de lumière. Le r-BS nécessitait une irradiation de faible énergie (lumière visible) pour conduire un courant et présenter un comportement photocatalytique, tandis que la plus grande bande interdite du BS 2D n'était active que sous une lumière ultraviolette de plus haute énergie.

En effet, le bore est loin d'être ennuyeux ! Ces phénomènes induits par la lumière ont mis en évidence le fait que les matériaux de monosulfure de bore 2D peuvent être appliqués dans des dispositifs photocatalytiques ou électroniques, et surtout, leurs propriétés peuvent être ajustées selon les besoins en contrôlant le nombre de nanofeuilles.