fr.wedoany.com Rapport : Le Laboratoire des matériaux pour l'énergie nucléaire avancée de l'Institut de technologie et d'ingénierie des matériaux de Ningbo, relevant de l'Académie des sciences de Chine, en collaboration avec l'Université du Zhejiang, le Laboratoire Yongjiang et d'autres équipes, a utilisé une stratégie d'édition de sous-couches par « ciseaux chimiques » pour « intégrer » des éléments de lanthanide dans le réseau cristallin du MXène, créant ainsi pour la première fois un nouveau matériau bidimensionnel combinant des propriétés semi-conductrices et ferromagnétiques : le MXène de lanthanide.
Les MXènes sont une classe de matériaux bidimensionnels composés de carbures, nitrures ou carbonitrures de métaux de transition. Grâce à leur excellente conductivité électrique et à leurs propriétés de surface ajustables, ils offrent de vastes perspectives d'application dans le stockage d'énergie, la protection électromagnétique, la catalyse, la détection, etc. Cependant, ces « vedettes » présentent également des lacunes : elles sont presque toutes des conducteurs métalliques, dépourvues à la fois de la structure de bande caractéristique des semi-conducteurs et d'un ordre magnétique. Cela limite leur développement ultérieur dans des domaines tels que les dispositifs électroniques et la spintronique.
L'équipe de recherche a découvert que les monohalogénures d'éléments de lanthanide possèdent une structure en couches particulière, similaire à la sous-couche du MXène après suppression de la couche d'atomes de carbone. En s'appuyant sur la stratégie d'édition de sous-couches par « ciseaux chimiques » précédemment proposée, ils ont développé une nouvelle voie de synthèse : exploiter les différences de propriétés chimiques des sous-couches dans les composés lamellaires pour éliminer, remplacer ou reconstruire des couches atomiques spécifiques, un peu comme assembler des briques Lego à l'échelle atomique selon un plan de conception.
L'équipe a conçu une réaction douce en deux étapes. Dans la première étape, les métaux de lanthanide réagissent avec le chlorure de cuivre pour produire in situ l'intermédiaire monohalogénure souhaité. Dans la deuxième étape, cet intermédiaire réagit avec de la poudre de graphite lors d'une « danse » à haute température. À ce stade, les électrons localisés entre les couches de l'intermédiaire se « sacrifient » activement, réduisant les atomes de carbone du graphite en anions carbonés tétravalents (C4-). Après la perte d'électrons, la force de liaison intercouche, initialement maintenue par les électrons, s'affaiblit, et les anions carbonés chargés négativement s'insèrent entre les deux couches métalliques, occupant précisément les sites octaédriques vacants, pour finalement former une nouvelle structure cristalline de MXène avec une séquence d'empilement T-Ln-C-Ln-T.
Les résultats des tests montrent que ce nouveau matériau débloque simultanément les propriétés de semi-conducteur et de ferromagnétique. Ce type de matériau bidimensionnel est une cible de longue date pour la spintronique, avec un potentiel énorme dans les dispositifs logiques à faible consommation, les communications haute fréquence, les capteurs magnétiques, voire l'informatique quantique. Cette stratégie de synthèse est universelle et pourrait à l'avenir être étendue à d'autres métaux de transition, ouvrant ainsi une nouvelle porte pour enrichir la famille des matériaux bidimensionnels.
