Les matériaux 2D avec « torsion » présentent un comportement électronique inattendu qui défie les prédictions théoriques

À la recherche de nouveaux matériaux permettant une électronique plus efficace, les scientifiques explorent les matériaux dits 2D. Ce sont des feuilles d’un seul atome d’épaisseur, qui peuvent posséder toutes sortes de propriétés électroniques intéressantes. Si deux feuilles sont superposées selon des angles spécifiques, cela peut conduire à de nouvelles propriétés telles que la supraconductivité. Antonija Grubišić-Čabo, spécialiste des matériaux à l’Université de Groningue, et ses collègues ont étudié un matériau aussi « tordu » et ont découvert qu’il défiait les prédictions théoriques.

Le travail est publié dans la revue Documents d’examen physique.

Avec des collègues de Pologne, d’Allemagne, de France et d’Italie, Grubišić-Čabo et son équipe ont étudié des feuilles d’un matériau 2D appelé bisulfure de tungstène. Selon les prédictions théoriques, lorsque deux feuilles (appelées bicouches) sont empilées selon un angle de 4,4 degrés, les électrons contenus dans le matériau devraient montrer un comportement collectif.

« Et lorsqu’ils sont si étroitement liés, leur comportement collectif peut créer de nouveaux effets fascinants », explique Giovanna Feraco, première auteure de l’étude.

Cependant, elle n’a pas observé ce comportement collectif dans les expériences, qui peut s’expliquer par les interactions entre les atomes de la bicouche. La torsion permet normalement ces interactions.

« Mais en étudiant la structure électronique de la bicouche, nous avons découvert que ce matériau a tendance à se « détendre » en de grandes régions non tordues », explique Feraco. En termes techniques, la bicouche torsadée revient partiellement à une configuration non tordue à moindre énergie.

Cette découverte souligne l’importance de comprendre comment les deux feuillets de la bicouche forment des régions différentes aux propriétés variables. L’étude a également amélioré la capacité des scientifiques à prédire et à manipuler le comportement des structures 2D, ouvrant ainsi la voie à de futures applications dans différents types d’électronique.