Les chalcogénures de métaux de transition bidimensionnels (TMC 2D) ont suscité un grand intérêt en raison de leurs nombreux choix de matériaux et de leur utilisation possible dans de nombreux domaines tels que l’électronique et l’optoélectronique. En complément des TMC en couches largement étudiées (par exemple, MoS2), les TMC sans couches sont uniques. Ils présentent des liaisons pendantes insaturées sur la surface et une forte liaison intracouche et intercouche.
Jusqu’à présent, limitées par des méthodes de préparation établies, les investigations de ces matériaux TMC non stratifiés sont restées principalement sur des masses ou des films polycristallins, entravant l’exploration de leurs caractéristiques physiques et de leurs propriétés à la limite d’épaisseur 2D. Dans un article récent publié dans Bulletin scientifique, un groupe dirigé par les Profs. Bilu Liu et Hui-Ming Cheng de l’Institut Tsinghua-Berkeley de Shenzhen (TBSI) de l’Université Tsinghua et les Profs. Junhao Lin et Yue Zhao de la Southern University of Science and Technology ont développé une nouvelle méthode de précurseurs à double métal, qui réalise la croissance contrôlable de divers TMC 2D non stratifiés, y compris Fe1-XS, Fe1-XSe, Co1-XS, Cr1-XS, et V1-XS
Dans cette méthode de croissance à double métal, le mélange de chlorure de métal à bas point de fusion et de poudre de métal à point de fusion élevé correspondant a été utilisé comme précurseurs à double métal. Au cours du processus de réaction en phase gazeuse, la vitesse d’évaporation a été bien contrôlée pour fournir une alimentation constante en source de métal et faciliter la croissance de TMC 2D non stratifiés avec une épaisseur mince. En prenant l’hexagone Fe1–XS à titre d’exemple, l’épaisseur descend jusqu’à 3 nm avec une taille latérale jusqu’à >100 μm.
Grâce à la nature ultrafine et à la surface plane des flocons obtenus, la structure et les comportements de transport de Fe1-XS à la limite d’épaisseur 2D ont été mesurés la première fois. Des inspections de microscopie avancées révèlent que des lacunes intrinsèques de cations ordonnés existent dans la famille des TMC non stratifiés. À l’opposé, les lacunes anioniques (S, Se et Te) sont des défauts ponctuels dominants bien connus dans les TMC en couches courantes comme MoS2. Des mesures de transport à basse température et des calculs théoriques révèlent que 2D Fe1–XS est un semi-conducteur avec une bande interdite étroite de 20 à 60 meV. Comparé à d’autres matériaux 2D à bande interdite étroite comme 1T’-MoTe2 et le phosphore noir, 2D Fe1–XS montre une meilleure stabilité à l’air et une meilleure stabilité thermique. Ce travail résout essentiellement le problème de la croissance de matériaux non stratifiés ultrafins et fournit ainsi une base matérielle pour l’étude fondamentale et les applications de cette famille émergente de matériaux 2D non stratifiés.
Junyang Tan et al, Précurseurs à deux métaux pour la croissance universelle de chalcogénures de métaux de transition 2D non stratifiés avec des lacunes cationiques ordonnées, Bulletin scientifique (2022). DOI : 10.1016/j.scib.2022.06.022