La science du twist : Une nouvelle frontière pour les matériaux 2D

La science des matériaux a franchi un nouveau seuil, avec l’émergence du domaine appelé « twistronics ». Cette discipline novatrice explore comment de légers changements d’angle dans les matériaux 2D, comme le graphène, peuvent transformer leurs propriétés fondamentales.

Imaginez pouvoir altérer radicalement les propriétés d’un matériau simplement en ajustant l’angle entre ses couches superposées. C’est le principe fondamental de la twistronics. Pour le graphène, de simples variations, parfois infimes, dans l’angle de torsion entre les couches peuvent le faire passer d’un supraconducteur à un isolant.

Mais cette manipulation n’est pas aussi simple qu’elle en a l’air. Comme le souligne le physicien Cory Dean de Columbia, bien que deux couches torsadées de graphène puissent se comporter comme un nouveau matériau, la raison sous-jacente de ces changements n’est pas encore bien comprise.

Une avancée technique pour une exploration approfondie

Face à ces défis, l’équipe de Dean a développé une nouvelle méthode de fabrication qui pourrait permettre d’étudier les propriétés des couches torsadées de manière plus systématique. Au lieu d’utiliser des paillettes carrées, ils ont utilisé de longs « rubans » de graphène. Cela offre une nouvelle dimension de prévisibilité et de contrôle sur l’angle de torsion et la contrainte.

En effet, la difficulté réside dans le fait que superposer deux minces couches de graphène engendre des irrégularités. Imaginez le graphène comme des morceaux de film plastique. Lorsque vous mettez deux morceaux ensemble, vous obtenez des plis et des bulles aléatoires », explique le post-doctorant Bjarke Jessen.

Les rubans, cependant, peuvent éliminer ces problèmes. L’équipe a découvert qu’avec une légère pression d’un microscope à force atomique, un ruban de graphène pouvait être courbé pour former un arc, qui pouvait ensuite être superposé à une autre couche de graphène.

Ces recherches préliminaires ont permis d’étudier le comportement des rubans de graphène et d’autres matériaux similaires. Dean souligne que leur technique a fonctionné avec « chaque matériau 2D que nous avons essayé jusqu’à présent« .

L’équipe prévoit d’aller plus loin et de déterminer comment les propriétés fondamentales des matériaux quantiques varient en fonction de l’angle de torsion et de la contrainte.

En synthèse

La twistronics ouvre un nouveau chapitre passionnant dans le domaine de la recherche sur les matériaux. Avec des techniques innovantes et une compréhension plus approfondie des propriétés des matériaux 2D, nous pourrions être à l’aube d’applications technologiques révolutionnaires.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la twistronics ? C’est l’étude de comment les propriétés des matériaux 2D peuvent être modifiées par de légers changements d’angle entre les couches superposées.

Comment fonctionne la nouvelle méthode de fabrication ? Au lieu d’utiliser des paillettes carrées, l’équipe a employé des rubans de graphène, permettant un contrôle plus précis de l’angle de torsion et de la contrainte.

Quels sont les enjeux futurs de la recherche ? L’équipe cherche à comprendre comment les propriétés fondamentales des matériaux quantiques varient en fonction de l’angle de torsion et de la contrainte.

En savoir plus : Maëlle Kapfer, Bjarke Jessen, et al. Programmation de l’angle de torsion et des profils de déformation dans les matériaux 2D. Science 2023. DOI : 10.1126/science.ade9995

Légende illustration principale : un ruban de graphène courbé, illustré en gris, est posé à plat sur une autre feuille de graphène. L’angle de torsion entre le ruban du dessus et la feuille du dessous varie continuellement. À certains endroits, les réseaux atomiques des deux feuilles s’alignent à un angle de 0° l’un par rapport à l’autre, tandis qu’à d’autres endroits, ils sont tordus l’un par rapport à l’autre d’un angle pouvant aller jusqu’à 5°. Credit: Cory Dean, Columbia University