Le trioxyde de molybdène (MoO3) a du potentiel en tant que matériau bidimensionnel (2D) important, mais sa fabrication en vrac est à la traîne par rapport aux autres matériaux de sa catégorie. Aujourd’hui, les chercheurs d’A*STAR ont développé une méthode simple pour produire en masse des nanofeuilles MoO3 ultrafines et de haute qualité.

Suite à la découverte du graphène, d’autres matériaux bidimensionnels tels que les dichalcogénures de métaux de transition ont commencé à attirer une attention considérable. En particulier, MoO3 est apparu comme un matériau semi-conducteur 2D important en raison de ses propriétés électroniques et optiques remarquables, prometteuses pour une gamme de nouvelles applications en électronique, optoélectronique et électrochromique.

Liu Hongfei et ses collègues de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux A*STAR et de l'Institut de calcul haute performance ont cherché à développer une technique simple pour produire en masse de grandes nanofeuilles de MoO3 de haute qualité, flexibles et transparentes.

"Les nanofeuilles atomiquement minces de trioxyde de molybdène ont de nouvelles propriétés qui peuvent être utilisées dans une gamme d'applications électroniques", explique Liu. "Mais pour produire des nanofeuilles de bonne qualité, le cristal parent doit être d'une très grande pureté."

En utilisant d’abord une technique appelée transport thermique de vapeur, les chercheurs ont évaporé la poudre de MoO3 dans un four tubulaire à 1 000 degrés Celsius. Ensuite, en réduisant le nombre de sites de nucléation, ils pourraient mieux s’adapter à la cristallisation thermodynamique du MoO3 pour produire des cristaux de haute qualité à 600 degrés Celsius sans avoir besoin d’un substrat spécifique.

"En général, la croissance des cristaux à des températures élevées est affectée par le substrat", explique Liu. "Cependant, en l'absence de substrat intentionnel, nous pourrions mieux contrôler la croissance des cristaux, ce qui nous permettra de cultiver des cristaux de trioxyde de molybdène de grande pureté et qualité."

Après avoir refroidi les cristaux à température ambiante, les chercheurs ont utilisé une exfoliation mécanique et aqueuse pour produire des ceintures de cristaux MoO3 d’une épaisseur inférieure au micron. Une fois qu’ils ont soumis les ceintures à la sonication et à la centrifugation, ils ont pu produire de grandes nanofeuilles de MoO3 de haute qualité.

Les travaux ont fourni de nouvelles informations sur les interactions électroniques intercouches des nanofeuilles de MoO3 2D. Les techniques de croissance cristalline et d'exfoliation développées par l'équipe pourraient également être utiles pour manipuler la bande interdite (et donc les propriétés optoélectroniques) des matériaux 2D en formant des hétérojonctions 2D.

"Nous essayons maintenant de fabriquer des nanofeuilles MoO3 2D avec des surfaces plus grandes, ainsi que d'explorer leur utilisation potentielle dans d'autres dispositifs, tels que des capteurs de gaz", explique Liu.