Diséléniure de niobium
composé chimique du sélénium et du niobium
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Séléniure de niobium(IV)
Le diséléniure de niobium, ou séléniure de niobium(IV), est un composé chimique du sélénium et du niobium, de formule NbSe2. Le niobium y a le nombre d'oxydation +IV et le sélénium −II.
NbSe2 est employé comme lubrifiant. C'est aussi un supraconducteur à des températures inférieures à 7,2 K, présentant un état d'onde de densité de charge (en).
NbSe2 cristallise sous plusieurs formes apparentées. Il peut être exfolié (en) mécaniquement en couches monoatomiques, à l'instar d'autres monocouches de dichalcogénures de métaux de transition. NbSe2 monocouche présente des propriétés très différentes de celles du matériau massif, dont une supraconductivité de type Ising, un état métallique quantique et un renforcement marqué de l'onde de densité de charge[1].
Synthèse
Les cristaux et les couches minces de diséléniure de niobium peuvent être obtenus par dépôt chimique en phase vapeur (CVD, pour l'anglais chemical vapor deposition). Des poudres d'oxyde de niobium, de sélénium et de chlorure de sodium sont chauffées à 300–800 °C, à pression ambiante, dans un four permettant de maintenir un gradient de température le long de son axe. Les poudres sont placées à différents endroits du four et un mélange d'argon et d'hydrogène est utilisé comme gaz vecteur. L'épaisseur du diséléniure de niobium peut être contrôlée avec précision en faisant varier la température de la poudre de sélénium[1].
Des monocouches de NbSe2 peuvent également être obtenues par exfoliation (en) à partir d'un matériau massif, ou déposées par épitaxie par jet moléculaire[1].
Structure
Le diséléniure de niobium existe sous plusieurs formes, notamment 1H, 2H, 4H et 3R, où H signifie « hexagonal » et R « rhomboédrique », et où le chiffre (1, 2, etc.) indique le nombre de couches Se-Nb-Se dans une maille élémentaire. Ces couches sont liées entre elles par des forces de van der Waals (relativement faibles) et peuvent être exfoliées pour former des monocouches 1H. Elles peuvent être décalées de diverses manières pour donner naissance à différentes structures cristallines, la plus stable étant la forme 2H[2].
Propriétés
Supraconductivité
Le diséléniure de niobium est un supraconducteur dont la température critique Tc est de 7,2 K[3]. Cette température critique diminue lorsque les couches de NbSe2 sont intercalées avec d'autres atomes ou lorsque l'épaisseur de l'échantillon se réduit ; elle atteint environ 1 K pour une monocouche[1]. En 2019 on a conçu des photodétecteurs infrarouge à base de NbSe2[4].
La température critique de NbSe2 augmente lorsqu'il est placé dans un résonateur à cavité de type anneau fendu (en). Au voisinage de la température de transition, le courant critique et le champ critique augmentent de manière spectaculaire. Cette observation concorde avec les calculs théoriques montrant que l'hybridation entre les degrés de liberté électroniques et les modes de fluctuation du vide de la cavité abaisse l'énergie de l'état supraconducteur[5].
Onde de densité de charge
Parallèlement à l'onde de densité de charge (en), le réseau cristallin présente une distorsion périodique aux alentours de 26 K. Cette période est triple de celle du réseau cristallin, donnant lieu à une superstructure de type 3 × 3[6]. Il existe également une onde de densité de paires de Cooper corrélée à l'onde de densité de charge, mais déphasée de 2π3 par rapport à celle-ci[7].
Frottement
Les feuillets de NbSe2 présentent un frottement plus élevé lorsqu'ils sont très fins[8].
Composés d'insertion
Les couches de NbSe2 étant faiblement liées entre elles, diverses substances peuvent s'y intercaler pour former des composés d'insertion bien définis. Des composés impliquant l'hélium, le rubidium, des métaux de transition (pour la première série des métaux de transition, selon un rapport pouvant atteindre 1:3) ainsi que des métaux post-transitionnels ont été synthétisés. Il est possible d'insérer des atomes de niobium supplémentaires entre les couches, dans une proportion pouvant aller jusqu'à un tiers d'atomes supplémentaires[2].
