Synthèse et propriétés électroniques des phases MAX et MXenes

Les phases MAX forment une famille importante de matériaux qui combinent de façon unique des propriétés des céramiques et des métaux. Les projets ANR Maxycrist puis Melodic ont permis de développer des méthodes de croissance cristalline menant à la formation de monocristaux de phases MAX de taille centimétrique, par exemple Cr₂AlC. La croissance de ces monocristaux nanolamellaires nous permet de déterminer les anisotropies de propriétés physiques imputables à leur structure cristalline. En particulier, des mesures de photoémission « ARPES », en collaboration avec l’université de Nagoya, permettent une mesure presque directe de leur structure de bandes et de leur surface de Fermi [1].

Nous utilisons nos monocristaux de phases MAX pour synthétiser des MXenes de dimensions macroscopiques. Les MXenes forment la plus grande famille de matériaux 2D, avec un fort potentiel pour des applications variées [2-4]. En collaboration avec l’Institut PPRIME, nous avons proposé une approche pour synthétiser des MXenes V₂CT_z de grande surface mettant à profit une étape d’implantation et utilisant un monocristal comme phase mère. Les feuillets de MXenes multicouches V₂CT_z obtenus sont les plus étendus dont on ait jamais reporté la synthèse. De plus, la conversion de V₂AlC en V₂CT_z 2D ne prend plus que 8h, ce qui est 10 fois plus rapide que les protocoles habituellement utilisés pour l’exfoliation des poudres de V₂AlC. Cette facilitation de la gravure et la réduction concomitante et significative de sa durée sont liées aux défauts induits dans les couches Al par l’implantation ionique. Ce travail ouvre des perspectives intéressantes pour une synthèse rapide de couches de MXenes macroscopiques, et va stimuler la découverte de propriétés physiques originales..

[4] A. Yakusheva, D. Saranin, D. Muratov, P. Gostishchev, H. Pazniak, A. Di Vito, T. Son Le, L. Luchnikov, A. Vasiliev, D. Podgorny, D. Kuznetsov, S. Didenko, A. Di Carlo, Small 18, 2201730 (2022).
[5] H. Pazniak, S. Hurand, N. Guignard, S. Célérier, U. Wiedwald, T. Ouisse, M.-L. David, V. Mauchamp, ACS Appl. Nano Mater., 5, 8029–8037 (2022).