La croissance des nano-trous est visible pour la première fois grâce à la diffusion de l'hélium
Les scientifiques ont pu observer et documenter la croissance du nitrure de bore hexagonal pour la première fois.
Des matériaux 2D atomiquement minces destinés à des applications en microélectronique ou en nanotechnologie sont obtenus par décomposition d'un gaz sur une surface métallique chaude. En raison des températures élevées et de la transformation rapide du gaz, il est extrêmement difficile d'observer ce processus.
Le graphique et le document d'Anton Tamtögl et de son équipe ont même fait la couverture de Nanoscale Horizons.
Technische Universität Graz
Des chercheurs de l'Université technique de Graz se sont associés à des collègues de l'Université du Surrey pour former une équipe performante combinant théorie et expérience et ont pu observer et documenter la croissance du nitrure de bore hexagonal pour la première fois. Le nitrure de bore hexagonal est principalement utilisé en microélectronique et en nanotechnologie, en photonique et en électronique de puissance, dans les piles à combustible et comme diélectrique pour les transistors à effet de champ.
Des nanopores disposés de façon régulière
Le groupe dirigé par Anton Tamtögl, de l'Institut de physique expérimentale de l'Université technique de Graz, a observé la croissance à l'aide de la spectroscopie à l'hélium, une technique analytique très sensible permettant d'étudier les surfaces des matériaux et les réactions qui s'y produisent avec un niveau de détail et une résolution temporelle jusqu'alors inégalés. Même les mouvements rapides des atomes et des molécules sur les surfaces des cristaux - y compris les mouvements quantiques des protons et la diffusion balistique des molécules - peuvent être étudiés de cette manière.
Dans leur expérience avec le h-BN, ils ont obtenu des résultats inattendus : Le nitrure de bore hexagonal présente une structure cristalline 2D en nid d'abeille, identique à celle du graphène. Toutefois, au lieu d'atomes de carbone, l'hexagone comporte alternativement des atomes de bore et d'azote. Au cours du processus de croissance, les scientifiques ont constaté que la structure ordonnée du h-BN émerge de trous régulièrement disposés, appelés nanopores. C'est la première fois que cette structure ouverte a été identifiée et que son rôle pendant la croissance du h-BN a été observé.
"Nous avons été surpris de constater qu'au lieu du schéma de diffraction attendu du nitrure de bore hexagonal, les mesures ont montré une structure complètement différente, que nous attribuons désormais à une nouvelle phase du h-BN", explique Anton Tamtögl, qui a dirigé l'expérience. "Trouver une nouvelle phase pour un matériau 2D aussi connu et important sur le plan technologique, c'est comme découvrir une toute nouvelle espèce de papillon dans son propre jardin", ajoute Adrian Ruckhofer, qui réalise ces expériences dans le cadre de sa thèse de doctorat.
Une expérience combinée à un calcul de chimie quantique
Parce qu'ils ont été très surpris par leurs résultats, les chercheurs de la TU Graz ont demandé l'aide de la théorie et ont voulu confirmer que leurs observations étaient même possibles sur le plan informatique. Marco Sacchi, de l'université du Surrey, a alors effectué les calculs de chimie quantique à l'aide du superordinateur national ARCHER2 et a confirmé que la structure observée est également la structure mathématiquement préférée sans ambiguïté. "Nous avons prouvé que la combinaison d'expériences et de calculs de chimie quantique peut fournir des informations nouvelles et importantes sur la croissance des matériaux 2D", déclare Marco Sacchi. "Et nous envisageons déjà d'utiliser notre méthode pour étudier la croissance d'autres matériaux 2D."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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