Des chercheurs ont développé une méthode innovante permettant de produire des feuilles de métal d’une épaisseur de seulement deux atomes. Cette technique consiste à comprimer des gouttes de métal en fusion à haute pression entre deux cristaux de saphir. Selon les scientifiques, ces matériaux uniques pourraient avoir des applications dans la chimie industrielle, l’optique et l’informatique.
Une avancée significative dans la création de métaux 2D
Avant cette découverte, la création de métaux 2D n’avait pas été réalisable. Les chercheurs, dirigés par Luojun Du de l’Académie chinoise des sciences, peuvent désormais produire des feuilles 2D de bismuth, gallium, indium, étain et plomb, aussi minces que le permettent leurs liaisons atomiques.
La méthode de compression à haute pression
Pour réaliser cette compression, les scientifiques ont utilisé deux cristaux de saphir extrêmement plats avec une fine couche de disulfure de molybdène (MoS2) comme mâchoires d’un étau. Ils ont placé de la poudre métallique entre ces mâchoires, chauffé à 400°C jusqu’à formation d’une goutte, puis écrasé à une pression atteignant 200 mégapascals. Le métal a été comprimé jusqu’à atteindre quelques atomes d’épaisseur – ou deux atomes pour le bismuth – avant d’être laissé refroidir. Une fois la pression relâchée, le métal 2D était encapsulé entre les feuilles de MoS2, qui se sont ensuite détachées des cristaux de saphir.
Une technique prometteuse pour les applications futures
Luojun Du affirme que ce processus a été imaginé il y a huit ans, mais n’a abouti que récemment grâce à la découverte que les couches de MoS2 stabilisaient les fines feuilles de métal. « Une seule couche d’atomes de métal isolés est simplement instable du point de vue thermodynamique. Par conséquent, nous avons dû développer des techniques entièrement nouvelles », explique Du. La méthode, bien que semblant simple, s’avère efficace.
Perspectives d’avenir pour les métaux 2D
Outre la création de couches extrêmement fines d’atomes, les chercheurs ont réussi à ajuster la pression de compression pour produire des plaques métalliques de trois, quatre atomes ou plus avec précision. Les métaux 2D pourraient posséder des propriétés particulières permettant aux scientifiques d’explorer des phénomènes quantiques macroscopiques et la supraconductivité. Selon Du, cela pourrait conduire à des transistors ultra-basse consommation, des écrans transparents pour ordinateurs et des catalyseurs extrêmement efficaces pour des réactions chimiques.
Cependant, l’un des défis est que le MoS2 encapsulant la feuille métallique ne peut pas être facilement retiré. Du reconnaît que cela peut poser problème pour certaines applications, mais des expériences suggèrent que cela n’affecte pas la conductivité électrique, ce qui permettrait d’utiliser le métal 2D dans des dispositifs électroniques.