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En perfectionnant une approche imaginée il y a près d’une décennie, des chercheurs ont produit des feuilles de métaux d’une finesse sans précédent, avec des implications pour la chimie industrielle, l’optique et l’informatique.
Une finesse sans précédent
L’an passé, une équipe suédoise s’était distinguée en parvenant à produire une feuille d’or d’un seul atome d’épaisseur. Présentant des propriétés différentes de sa forme tridimensionnelle brute, elle avait été baptisée « goldene » en référence au graphène, son célèbre pendant à base de carbone.
Si la création d’autres métaux « bidimensionnels » représentait jusqu’à récemment un défi insurmontable, Luojun Du, de l’Académie chinoise des sciences, et ses collègues sont parvenus à obtenir des feuilles de bismuth, de gallium, d’indium, d’étain et de plomb aussi fines que le permettent leurs liaisons atomiques.
Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé deux saphirs ultra-plats recouverts d’une fine couche de disulfure de molybdène (MoS2). Réduit en poudre, le métal a été placé entre ces « mâchoires » et chauffé à 400 °C jusqu’à former une gouttelette, soumise à des pressions pouvant atteindre 200 mégapascals.
Chinese scientists have recently succeeded in creating single-atom-layer metals with a thickness of just 1/200,000 of the diameter of a human hair, an achievement expected to pioneer a new realm of two-dimensional (2D) metal research and trigger material innovation. @Nature
— China Science (@ChinaScience) March 13, 2025
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Une fois une épaisseur de quelques atomes (deux seulement dans le cas du bismuth) atteinte, l’équipe a laissé le matériau refroidir. Lorsque la pression a été relâchée, il s’est retrouvé pris en sandwich entre les couches de MoS2, qui se sont alors détachées des saphirs.
Le rôle clé des feuilles de disulfure de molybdène
Les précédentes tentatives basées sur cette approche imaginée il y a huit ans s’étaient révélées infructueuses en raison de l’absence de couches de MoS2, assurant la stabilité des fines feuilles de métal. « Une simple couche d’atomes métalliques libres est thermodynamiquement instable », détaille le chercheur. Décrite comme simple, elle a également permis de contrôler précisément l’épaisseur des feuilles.
Ouvrant la voie à une meilleure compréhension des phénomènes quantiques macroscopiques et de la supraconductivité, ces nouveaux métaux 2D pourraient également être utilisés pour produire des transistors à très faible puissance, des écrans transparents, ou comme catalyseurs ultra-performants.
Selon les auteurs de la nouvelle étude, publiée dans la revue Nature, la prochaine étape consistera à optimiser le retrait des couches de MoS2 qui les entourent, ne semblant toutefois pas affecter leur conductivité électrique.
En début d’année, un nouveau matériau ultra-fin au comportement inattendu avait été créé.