Une équipe de recherche internationale composée de membres de l’Université de Linköping a découvert un nouveau matériau d’une épaisseur d’une seule couche d’atomes. Les propriétés du matériau, le béryllonitrène, sont similaires à celles du graphène. Il est créé sous une pression extrêmement élevée et se compose d’atomes de béryllium et d’azote. Les résultats ont été publiés dans Physical Review Letters.
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« Les diamants sont créés sous une pression extrêmement élevée, mais une fois formés, ils sont l’un des matériaux les plus durs connus au monde et sont totalement stables lorsque la haute pression est supprimée. C’est une propriété que nous recherchons dans notre quête de nouveaux matériaux ultrafins et fonctionnels », explique Igor Abrikosov, professeur de physique théorique au département de physique, chimie et biologie de l’université de Linköping, LiU.
En collaboration avec des chercheurs de pays tels que l’Allemagne, les Pays-Bas, la France et les États-Unis, les chercheurs de LiU ont découvert un nouveau matériau en couches avec des propriétés similaires à celles d’un supermatériau familier, le graphène. Le nouveau matériau, le béryllonitrène, est créé sous une pression extrêmement élevée et conserve ses propriétés en dehors du laboratoire, ce qui est inhabituel pour les matériaux synthétisés à haute pression et une exigence fondamentale pour les applications futures.
« Les matériaux ultrafins peuvent avoir des propriétés étonnantes avec de nombreuses applications imaginables. Lors de la recherche de nouveaux matériaux, nous pouvons principalement utiliser la température et la composition chimique pour contrôler la structure du matériau. Mais les récents développements technologiques nous permettent désormais de créer des matériaux sous une pression extrême. Cela ouvre de nombreuses nouvelles possibilités et des matériaux passionnants », déclare Igor Abrikosov.
A la vitesse de la lumière
Comme son nom l’indique, le béryllonitrène se compose d’atomes de béryllium et d’azote disposés en une structure bidimensionnelle. Chaque atome de béryllium lie quatre atomes d’azote et forment ensemble un motif hexagonal asymétrique à travers lequel les électrons se déplacent. Les électrons d’une structure de ce type se déplacent à des vitesses proches de la vitesse de la lumière, ce qui est une exigence pour les futures recherches en physique des particules et en mécanique quantique.
« L’utilisation de matériaux tels que le graphène et le béryllonitrène est un ajout incroyable aux grands accélérateurs de particules. Ces matériaux nous permettront d’étudier les plus petits constituants de la matière et leurs propriétés fondamentales, assis à nos bureaux. Nous pourrons à terme étudier et simuler les propriétés de notre univers et des univers alternatifs », déclare Igor Abrikosov.
Cette vision, cependant, nécessitera plus de recherche avant de pouvoir devenir réalité. L’espoir pour l’avenir immédiat est que le béryllonitrène puisse être utilisé dans des applications quantiques telles que des calculs extrêmement rapides.
Compréhension approfondie grâce à la visualisation
Le béryllonitrène constitue la base d’un tout nouveau groupe de matériaux offrant d’énormes possibilités. La découverte a été publiée dans Physical Review Letters et est le résultat d’une grande collaboration de recherche internationale dans laquelle des scientifiques de l’Université de Linköping ont effectué les travaux théoriques.
Ingrid Hotz est professeur au Département des sciences et technologies de l’Université de Linköping. Elle a dirigé la visualisation scientifique du matériau et le processus de création. Selon elle, la visualisation est vitale pour obtenir des informations essentielles sur la séparation, la connexion et la liaison des atomes dans un cristal, qui sont responsables des propriétés physiques du matériau.
« Les humains savent très bien reconnaître les modèles dans les représentations visuelles. La visualisation est importante pour obtenir une compréhension plus approfondie des données et de la physique sous-jacente du matériau et du processus de création. Ces mesures soutiennent une comparaison objective des changements des caractéristiques des matériaux dans des conditions changeantes, telles que la pression », explique Ingrid Hotz.
La recherche a été financée, entre autres, par la Fondation Knut et Alice Wallenberg, le domaine de recherche stratégique du gouvernement suédois en science des matériaux sur les matériaux fonctionnels avancés de l’université de Linköping, le Centre suédois de recherche en sciences électroniques (SeRC), le Conseil suédois de la recherche, et le centre de compétence Fun-Mat II en science des matériaux.
L’article: Synthèse haute pression de matériaux Dirac : couches de van der Waals Bonded BeN4 Métamorphose Maxim Bykov, Timofey Fedotenko, Stella Chariton, Dominique Laniel, Konstantin Glazyrin, Michael Hanfland, Jesse S. Smith, Vitali B. Prakapenka, Mohammad F. Mahmood, Alexander F. Goncharov, Alena V. Ponomareva, Ferenc Tasnádi, Alexei I. Abrikosov , Talha Bin Masood, Ingrid Hotz, Alexander N. Rudenko, Mikhail I. Katsnelson, Natalia Dubrovinskaia, Leonid Dubrovinsky, Igor A. Abrikosov Lettres d’examen physique 2021 doi: 10.1103/PhysRevLett.126.175501
Note de bas de page: Le graphène est un matériau ultramince constitué d’une couche d’atomes de carbone disposés en structures hexagonales symétriques. Le matériau a de nombreuses propriétés souhaitables telles qu’une résistance élevée et une conductivité élevée pour les électrons et la chaleur. La chasse à d’autres matériaux bidimensionnels s’est intensifiée après la découverte du graphène.
Écrit par Anders Ryttarson Törneholm, traduit par George Farrants
La source: Université de Linköping
