BOROPHÈNE

Le borophène est une feuille de bore dont l’épaisseur est celle d’un seul atome. Comme le graphène à base de carbone, sa structure bidimensionnelle en fait un matériau de choix pour de futures applications tirant parti de ses remarquables propriétés électroniques. Mais, contrairement au graphène qu’on peut extraire d’un échantillon de graphite naturel, il est introuvable sous forme naturelle. Prédite par des modélisations théoriques, son existence a été démontrée en automne 2015 par une équipe américaine qui est parvenue à le synthétiser et à en étudier les caractéristiques.

Un matériau bidimensionnel

Depuis la découverte en 2004 du graphène, les physiciens sont parvenus à réaliser différents matériaux constitués d’une seule couche d’atomes : le graphène est un matériau planaire où les atomes de carbone sont arrangés selon une structure hexagonale ; le silicène et le phosphorène sont ses équivalents à base de silicium ou de phosphore. Depuis 2008, cette famille s’est enrichie des dichalcogénures de métaux de transition dans lesquels une couche d’atomes de métal de transition (tels que le molybdène ou le tungstène) est entourée de deux couches de chalcogène (élément de la colonne de l’oxygène dans la table périodique des éléments, tel que le soufre ou le sélénium). Par abus de langage et pour insister sur la géométrie particulière de ces monocouches atomiques, on dit que ces solides sont « bidimensionnels » ; ils ont des propriétés électriques remarquables et souvent très différentes des structures habituelles (donc tridimensionnelles) faites à partir des mêmes atomes.

La famille de ces matériaux s’est donc enrichie, depuis 2015, d’un nouveau membre, le borophène. Dans la table périodique des éléments, le bore est un métalloïde voisin du carbone et, comme lui, il se présente sous de nombreuses formes ; les plus courantes sont le bore amorphe, qui a l’aspect d’une poudre noire, et le bore cristallin de structure hexagonale. Ce dernier n’a pas un comportement métallique et est semi-conducteur. Le bore a une configuration atomique très particulière, due à la présence de trois électrons extérieurs. Sa chimie est exceptionnellement compliquée : les atomes de bore ont non seulement des liaisons covalentes fortes par couples, mais aussi par triplets, ce qui permet de nombreuses configurations de cristaux de bore et explique leur dureté particulière (le bore cristallin est presque aussi dur que le diamant).