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4 décembre 2020

par le Japan Advanced Institute of Science and Technology

Des scientifiques ont récemment révélé, à la fois théoriquement et expérimentalement, que les atomes de germanium peuvent s’organiser en un réseau « bi-triangulaire » 2D sur des couches minces de diborure de zirconium cultivées sur des monocristaux de germanium pour former un « matériau à bande plate » avec un treillis « kagome » intégré Le résultat fournit un support expérimental à une prédiction théorique de bandes plates émergeant d’une géométrie atomique triviale et indique la possibilité de leur existence dans de nombreux autres matériaux.

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L’esprit humain est naturellement attiré par les objets qui possèdent une symétrie; en fait, la notion de beauté est souvent confondue avec la symétrie Dans la nature, rien n’incarne plus la symétrie que les cristaux Depuis leur découverte, les cristaux ont attiré beaucoup d’attention non seulement par leur attrait esthétique «symétrique» unique, mais aussi par leurs propriétés uniques L’une de ces propriétés est le comportement des électrons à l’intérieur d’un cristal D’un point de vue physique, un électron dans un cristal peut être entièrement caractérisé par son énergie et une quantité appelée «élan cristallin», qui se rapporte à la vitesse à laquelle l’électron se déplace dans un cristal La relation entre l’énergie et l’élan cristallin des électrons est ce que les scientifiques appellent la «structure de bande», qui, en termes simples, correspond aux niveaux d’énergie autorisés pour les électrons dans le cristal.

Récemment, les scientifiques des matériaux ont tourné leur attention vers ce que l’on appelle les « matériaux à bande plate » – une classe de matériaux possédant une structure de bande dans laquelle l’énergie ne varie pas avec l’élan cristallin et ressemble donc à une ligne plate lorsqu’elle est tracée comme un fonction de l’impulsion cristalline – en raison de leur capacité à donner naissance à des états exotiques de la matière, tels que le ferromagnétisme (magnétisme spontané semblable au fer) et la supraconductivité (résistance nulle au flux d’électricité) Généralement, ces « bandes plates » sont observées dans des structures 2D spéciales qui portent des noms tels que « réseau en damier », « réseau de dés », « réseau de kagome », etc. et sont généralement observés soit à l’intérieur du cristal, soit à la surface de matériaux stratifiés Une question pertinente se pose donc: est-il possible d’intégrer de tels réseaux dans des structures 2D complètement nouvelles? Les efforts de conception de matériaux 2D se sont concentrés sur la réponse à cette question, et une découverte récente suggère que la réponse est «oui »

Maintenant, dans une étude publiée dans Physical Review B as a Rapid Communication, une équipe internationale de scientifiques du Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST), de l’Université de Tokyo, de l’Agence japonaise de l’énergie atomique et de l’Institute for Sciences moléculaires au Japon et Université Tamkang à Taiwan, dirigée par le Dr Antoine Fleurence et Prof Yukiko Yamada-Takamura, a rapporté un nouveau matériau à bande plate possible obtenu à partir d’atomes de germanium (Ge) s’organisant en un réseau bi-triangulaire 2-D sur des couches minces de diborure de zirconium cultivées sur des monocristaux de germanium Alors que l’équipe avait déjà développé ce matériau 2D il y a des années, elle n’a pu dévoiler sa structure que récemment.

L’année dernière, une partie de l’équipe a publié un article théorique dans la même revue soulignant les conditions dans lesquelles un réseau bi-triangulaire 2D peut former une bande plate Ils ont découvert que cela était lié à un treillis « kagome » (qui signifie motif de panier tissé en japonais) – un terme inventé à l’origine par les physiciens japonais dans les années 50 pour étudier le magnétisme. «J’étais vraiment enthousiasmé quand j’ai découvert que la structure électronique du treillis kagome pouvait être intégrée dans une structure 2D très différente», se souvient le Prof Chi-Cheng Lee, physicien à l’Université de Tamkang, Taiwan, impliqué dans l’étude, qui a prédit la présence de bandes plates dans le réseau « bitriangulaire »

La prédiction a finalement été confirmée après que l’équipe, dans leur étude actuelle, ait caractérisé le matériau 2D préparé à l’aide de diverses techniques telles que la microscopie à effet tunnel, la diffraction de positons et l’émission de photoélectrons au niveau du cœur et à résolution angulaire; et sauvegardé les données expérimentales avec des calculs théoriques pour révéler le réseau bi-triangulaire sous-jacent

« Le résultat est vraiment passionnant car il montre que les bandes plates peuvent émerger même de structures triviales et peuvent éventuellement être réalisées dans beaucoup plus de matériaux Notre prochaine étape consiste à voir ce qui se passe à basse température et comment cela est lié aux bandes plates du réseau bi-triangulaire Ge », explique le Dr Fleurence, qui est également le premier auteur de cet article

En effet, qui aurait pensé qu’un semi-conducteur ordinaire comme le germanium pouvait offrir des possibilités aussi exotiques et sans précédent? Le monde 2D pourrait avoir plus de surprises dans sa manche qu’on ne l’imagine

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Electrons, atomes, diborure de zirconium, germanium, science des matériaux, physique

Actualités – États-Unis – Les électrons tombent à plat: le germanium tombe dans un arrangement 2D sur le diborure de zirconium
Titre associé :
Electrons tombant à plat : Le germanium tombe dans un arrangement 2D sur le diborure de zirconium

Source: https://phys.org/news/2020-12-electrons-falling-flat-germanium-falls.html

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