Un nouveau matériau remplaçant le graphène : Des scientifiques réalisent une découverte révolutionnaire dans la classe des MXene

Une avancée technologique tant attendue a eu lieu dans le domaine de la science des matériaux. Des chercheurs de l'Institut de science et d'ingénierie des matériaux de Ningbo, relevant de l'Académie des sciences de Chine, ainsi que de l'Université du Zhejiang, ont réussi pour la première fois au monde à créer un matériau MXene bidimensionnel à lanthanides. Publiée dans la revue Nature, cette découverte devrait bouleverser l'avenir de l'électronique moderne et des technologies informatiques. C'est ce que rapporte Ixbt.com rapporte .

Si le graphène est constitué d'une couche de carbone d'une épaisseur d'un atome, les MXene sont également des couches ultra-minces de ce type, mais contenant des métaux de transition (titane, vanadium, niobium, etc.) ainsi que du carbone ou de l'azote. La principale réussite des scientifiques réside dans le fait qu'ils ont réussi à combiner pour la première fois dans un seul matériau deux propriétés qui ne coexistaient pas auparavant dans la classe des MXene : la semi-conduction et le ferromagnétisme.

Jusqu'à présent, bien que la plupart des matériaux MXene connus possédaient une conductivité électrique élevée, ils étaient inadaptés aux appareils nécessitant un contrôle simultané des propriétés électriques et magnétiques. Selon les informations d'Ixbt.com, cette nouvelle découverte élimine précisément cette limitation, permettant de contrôler de manière égale le flux d'électrons et leur état magnétique.

Technologie des « ciseaux chimiques » et processus de synthèse

Pour atteindre ce résultat, les chercheurs ont développé une nouvelle méthode de synthèse appelée « ciseaux chimiques ». Cette approche permet de « couper » la structure cristalline au niveau atomique, c'est-à-dire de sélectionner, retirer, remplacer ou repositionner des couches d'atomes individuelles. Par conséquent, les scientifiques peuvent assembler le matériau comme un jeu de construction et lui conférer des propriétés prédéfinies.

Le processus comprend deux étapes : tout d'abord, un métal du groupe des lanthanides réagit avec un halogénure de cuivre. Ensuite, à haute température, ce composé interagit avec le graphite pour former une nouvelle structure en couches où les atomes de métal, de carbone et d'halogène sont disposés alternativement. Les tests ont pleinement confirmé les propriétés ferromagnétiques stables du matériau.

Spintronique et appareils du futur

La création de ce nouveau matériau revêt une importance capitale, en particulier pour le domaine de la spintronique. Contrairement à la microélectronique traditionnelle, la spintronique utilise non seulement la charge de l'électron, mais aussi son spin (moment magnétique). Cela permet de rendre les appareils plus rapides, plus compacts et plus économes en énergie.

Selon les scientifiques, ce nouveau matériau MXene pourrait être utilisé dans les domaines suivants :

• Processeurs logiques à haute performance ;
• Systèmes de communication haute fréquence et technologies 6G ;
• Éléments de mémoire de nouvelle génération et capteurs magnétiques ;
• Composants pour ordinateurs quantiques.

Les auteurs de l'étude soulignent que la méthode des « ciseaux chimiques » est universelle et qu'à l'avenir, elle permettra de créer toute une nouvelle famille de matériaux dont les propriétés optiques, magnétiques et électriques sont programmées à l'avance. Pour des pays aspirant à la modernisation technologique, de telles découvertes fondamentales sont importantes car elles jetteront de nouvelles bases dans l'industrie des semi-conducteurs.