Moins d’un nanomètre d’épaisseur, plus résistant et plus polyvalent que l’acier – Technoguide

Les scientifiques créent des nanofeuilles stables contenant des atomes de bore et d’hydrogène avec des applications potentielles en nanoélectronique et en technologie de l’information quantique.

Qu’est-ce qui est plus mince que mince? Une réponse est les matériaux bidimensionnels – des matériaux exotiques de la science avec une longueur et une largeur mais seulement un ou deux atomes d’épaisseur. Ils offrent la possibilité d’une augmentation sans précédent des performances des appareils pour les appareils électroniques, les cellules solaires, les batteries et les équipements médicaux.

En collaboration avec l’Université Northwestern et l’Université de Floride, des scientifiques du Laboratoire national d’Argonne du Département américain de l’énergie (DOE) rapportent dans le magazine Science une percée impliquant un matériau 2D appelé borophane, une feuille de bore et d’hydrogène de seulement deux atomes d’épaisseur.

L’un des développements les plus passionnants de la science des matériaux au cours des dernières décennies a été une feuille de carbone 2D (graphène), d’une épaisseur d’un atome et 200 fois plus résistante que l’acier. Un matériau tout aussi prometteur et plus récent est une feuille de bore d’épaisseur atomique, appelée borophène – avec un «e». Une équipe multi-institutionnelle, comprenant des chercheurs du Centre d’Argonne pour les matériaux nanométriques (une installation utilisateur du DOE Office of Science), a synthétisé le borophène pour la première fois en 2015.

Alors que le graphène est simplement une couche atomique parmi les nombreuses couches identiques dans le graphite de matériau commun, le borophène n’a pas de structure parente équivalente et est très difficile à préparer. De plus, la réaction rapide du borophène avec l’air signifie qu’il est très instable et change de forme facilement.

«Le borophène pose en lui-même toutes sortes de problèmes», a déclaré Mark Hersam, professeur de science et d’ingénierie des matériaux à l’Université Northwestern. “Mais lorsque nous mélangons du borophène avec de l’hydrogène, le produit devient soudainement beaucoup plus stable et attractif pour une utilisation dans les domaines en plein essor de la nanoélectronique et de la technologie de l’information quantique.”

L’équipe de recherche a cultivé du borophène sur un substrat d’argent puis l’a exposé à l’hydrogène pour former le borophane. Ils ont ensuite démêlé la structure complexe du borophane en combinant un microscope à effet tunnel à balayage avec un algorithme basé sur la vision par ordinateur qui compare des simulations théoriques de structures avec des mesures expérimentales. La vision par ordinateur est une branche de l’intelligence artificielle qui forme des ordinateurs hautes performances à interpréter et à comprendre le monde visuel.

Même si le matériau borophane n’a que deux atomes d’épaisseur, sa structure est assez complexe en raison des nombreux arrangements possibles pour les atomes de bore et d’hydrogène. «Nous avons relevé un défi important en déterminant les structures atomiques à partir d’images de microscopie à effet tunnel et de modélisation informatique à l’échelle atomique à l’aide de la vision par ordinateur», a déclaré Maria Chan d’Argonne, nanoscientifique au Center for Nanoscale Materials. Étant donné le succès dans la démêlage de cette structure complexe, la technique d’analyse automatisée de l’équipe devrait être applicable pour identifier d’autres nanostructures complexes à l’avenir.

“Ce qui est vraiment encourageant d’après nos résultats, c’est que nous avons trouvé qu’une nanoparticule de borophane sur un substrat d’argent était assez stable, contrairement au borophène”, a déclaré Pierre Darancet, nanoscientifique au Centre d’Argonne pour les matériaux nanométriques. “Cela signifie qu’il devrait être facilement intégré à d’autres matériaux dans la construction de nouveaux dispositifs pour l’optoélectronique, des dispositifs combinant la lumière et l’électronique.” De tels dispositifs de contrôle et d’émission de lumière pourraient être incorporés dans les télécommunications, les équipements médicaux et plus encore.

“Ces découvertes sont une étape importante dans la réalisation du potentiel incroyable du borophane en tant que matériau bidimensionnel pour la nanoélectronique”, a déclaré Chan.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par le DOE / Argonne National Laboratory. Original écrit par Joseph E. Harmon. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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