Nouvelle ère, nouveaux Xenes !

31 January 2018 par Super Administrateur
L'intérêt pour les matériaux bidimensionnels élémentaires autres que le graphène (appelés Xènes), qui présentent des propriétés uniques et susceptibles de changer la donne, et qui promettent des applications attrayantes, s'est éveillé après la réalisation expérimentale réussie du silicène1 en 2012 par le professeur Guy Le Lay* et ses collaborateurs. Depuis lors, la "Croissance et les propriétés du silicène" a été le premier "front de recherche chaud" en physique de la matière condensée2, lançant une nouvelle ère du postgraphène, qui a culminé avec la première réalisation de Plumbene3 avec le Prof. Junji Yuhara, de l'Université de Nagoya, en 2019. *Professeur émérite, groupe Plasma-Surface

Les xènes sont des matériaux monoélémentaires atomiquement fins, qui représentent un nouveau paradigme, tandis que leurs propriétés révolutionnaires peuvent être la clé pour débloquer une large gamme d’applications passionnantes (Fig. 1).
L’article fondateur démontrant la réalisation pionnière du silicène par épitaxie par faisceaux moléculaires sur une surface cristalline d’argent (111)1 a été suivi deux ans plus tard par un second, montrant, de la même manière, la première synthèse du germanène dans des domaines multiphasiques sur un substrat d’or4. Le germanène épitaxial monophasique obtenu en 2018 par la séparation des atomes de Ge sur un mince film d’argent initialement cultivé sur un gabarit Ge(111) a constitué un nouveau progrès et une évolution technique importante5. Corrélativement, le stanène planaire de grande surface a été réalisé sur un alliage de surface Ag2Sn pré-préparé formé sur un substrat Ag(111)6, ce qui a permis en outre – en combinant les approches de dépôt et de ségrégation – d’intégrer le stanène et le germanène dans des hétérostructures planaires uniques7, ce qui est essentiel pour les applications nanoélectroniques (Fig. 2). Enfin, le plombier3, le dernier Xène du groupe 14, a été réalisé sur l’étonnante structure en forme de bulle d’un alliage de surface PbxPd(1-x), le « Nano WaterCube » (Fig. 3).
Tous ces Xènes à structure de bande semi-métallique présentent un certain degré de couplage spin-orbite conduisant à des ouvertures de bande interdite autour des cônes de Dirac, qui augmentent avec leur numéro atomique, ce qui pourrait donner lieu à la réalisation de l’effet Hall de spin quantique ; typiquement, le stanène pourrait permettre la spintronique à température ambiante8.
Malgré les défis importants qui se profilent à l’horizon en cette ère post-graphène, la recherche fondamentale et les révolutions technologiques ouvriront des perspectives passionnantes pour Xenes, non seulement en nanoélectronique et en spintronique, mais aussi dans d’autres domaines envisagés, tels que la photonique, la détection, la thermoélectricité et les systèmes énergétiques9.

1P. Vogt, P. De Padova, C. Quaresima, J. Avila, E. Frantzeskakis, M. C. Asensio, A. Resta, B. Ealet, and

G. Le Lay, Phys. Rev. Lett. 2012, 108, 155501 ; 2808 citations (Google Scholar)

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9N. R. Glavin et al., Adv. Mater. 2020, 32, 1904302

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