Ditellurure de molybdène

Modèle:Infobox Chimie Le ditellurure de molybdène, ou simplement tellurure de molybdène, est un composé chimique de formule Modèle:Fchim. C'est un dichalcogénure de métal de transition (Modèle:Abréviation) semiconducteur.

Structure

Il cristallise à température ambiante dans le système hexagonal (forme Modèle:Math Modèle:Fchim) selon le groupe d'espace P6Modèle:Ind/mmc (Modèle:N°), semblable à celui du disulfure de molybdène Modèle:Fchim, avec comme paramètres cristallins Modèle:Nobr et Modèle:Nobr pour une masse volumique de Modèle:Unité. Chaque atome de molybdène est entouré par six atomes de tellure formant un prisme trigonal dans lequel les atomes de molybdène et de tellure sont séparés par Modèle:Unité/2. Les atomes de molybdène forment une sous-couche prise en sandwich entre deux sous-couches d'atomes de tellure, et ces trois sous-couches forment un feuillet épais de Modèle:Unité/2 qui se répète dans le cristal. Deux feuillets adjacents sont unis par des liaisons de van der Waals entre atomes de tellure.

Aux températures supérieures à Modèle:Unité, le ditellurure de molybdène cristallise dans le système monoclinique Modèle:Serif Modèle:Fchim selon le groupe d'espace P2Modèle:Ind/m (Modèle:N°) avec pour paramètres cristallins Modèle:Nobr, Modèle:Nobr, Modèle:Nobr et Modèle:Nobr. Il est possible de tremper le Modèle:Fchim jusqu'à température ambiante, cette forme métastable pouvant subsister en-dessous de Modèle:Unité. Par refroidissement de cette forme métastable en-dessous de Modèle:Unité, le réseau cristallin passe dans le système orthorhombique pour donner une forme dite Modèle:Fchim, parfois nommée improprement Td. La forme Modèle:Serif est diamagnétique tandis que la forme Modèle:Serif est paramagnétique. La transition de phase Modèle:Nobr du Modèle:Fchim se produit à Modèle:Unité, mais une déplétion en tellure de 5 % porte cette température à Modèle:Unité.

Production

Le tellurure de molybdène peut être obtenu en chauffant sous vide à Modèle:Unité un mélange de molybdène et de tellure dans les proportions appropriées. Il est également possible de procéder par dépôt chimique en phase vapeur (Modèle:Abréviation) en vaporisant molybdène et tellure dans du brome Modèle:Fchim gazeux avant d'être déposés sur un substrat. L'utilisation du brome donne un dopage n tandis que l'utilisation du tellure donne un dopage p. La stœchiométrie du tellurure de molybdène est légèrement déficiente en tellure, à moins de l'ajouter en excès pendant sa production. La proportion de tellure varie de Modèle:Nobr. L'excès de tellure déposé lors de la formation du matériau peut être dissous avec de l'acide sulfurique Modèle:Fchim.

Le recuit d'un film de molybdène dans une atmosphère de tellure entre Modèle:Unité pendant plusieurs heures donne une fine couche de tellurure de molybdène. On peut obtenir la forme amorphe par réaction sonochimique de l'hexacarbonyle de molybdène Modèle:Fchim avec du tellure dissous dans de la décaline. On peut également procéder par dépôt électrochimique à partir d'une solution d'acide molybdique Modèle:Fchim et de dioxyde de tellure Modèle:Fchim par exemple sur de l'acier inoxydable ou de l'oxyde d'indium-étain. La tellurisation par dépôt chimique en phase vapeur (Modèle:Abréviation) à Modèle:Unité d'une couche mince de molybdène conduit à la forme Modèle:Serif hexagonale semiconductrice Modèle:Fchim tandis que l'utilisation d'une couche mince de trioxyde de molybdène Modèle:Fchim conduit dans les mêmes conditions (Modèle:Unité) à la forme Modèle:Serif monoclinique semimétallique Modèle:Fchim.

Propriétés

Le tellurure de molybdène pulvérulent est noir, tandis que les couches minces ne dépassant pas Modèle:Unité/2 d'épaisseur laissent passer une lumière rouge, les couches encore plus minces apparaissant orange voire transparentes. La limite d'absorption se situe autour de Modèle:Unité/2, les longueurs d'onde inférieures étant fortement atténuées ; cette limite se situe à Modèle:Unité/2 à Modèle:Unité, ce qui correspond au rouge profond.

Modèle:Fchim réfléchit environ 43 % dans l'infrarouge avec un pic à Modèle:Unité et un minimum à Modèle:Unité. Les raies d'absorption deviennent plus étroites à mesure que la température baisse. À Modèle:Unité, les pics d'absorption se trouvent à Modèle:Unité, Modèle:Unité, Modèle:Unité, Modèle:Unité, Modèle:Unité, Modèle:Unité, Modèle:Unité, Modèle:Unité et Modèle:Unité. Les excitons A et B ont des niveaux d'énergie respectivement à Modèle:Unité et Modèle:Unité, avec donc une différence de Modèle:Unité.

Le tellurure de molybdène massif est semiconducteur à gap indirect de Modèle:Unité avec également un gap direct de Modèle:Unité. La bande interdite indirecte s'élargit cependant à mesure qu'on affine la couche de Modèle:Fchim pour tendre vers un matériau bidimensionnel, de sorte qu'une monocouche ou une bicouche de Modèle:Fchim est un matériau à gap direct. La bande interdite est réduite dans le tellurure de molybdène déficient en tellure de Modèle:Num. Le travail de sortie vaut Modèle:Unité.

L'Modèle:Serif-Modèle:Fchim hexagonal massif de type n a une conductivité électrique de Modèle:Unité avec Modèle:Unité mobiles par centimètre cube tandis que le type p a une conductivité électrique de Modèle:Unité et une concentration de trous de Modèle:Unité. La conductivité électrique est maximum aux environs de Modèle:Unité, diminuant lentement quand la température décroît, ainsi que quand elle croît mais avec un minimum vers Modèle:Unité, température au-dessus de laquelle la conductivité électrique croît à nouveau avec la température. La résistivité du Modèle:Serif-Modèle:Fchim monoclinique est de l'ordre de Modèle:Unité quand celle de l'Modèle:Serif-Modèle:Fchim est d'environ Modèle:Unité, ce qui dénote une nature bien plus métallique. Les atomes de molybdène sont plus proches les uns des autres dans la forme Modèle:Serif, ce qui favorise la circulation des électrons par recouvrement dans la bande de conduction. À température ambiante, la résistivité du Modèle:Serif-Modèle:Fchim vaut Modèle:Unité. Le Modèle:Serif-Modèle:Fchim orthorhombique a une résistance 10 % inférieure à celle du Modèle:Serif-Modèle:Fchim monoclinique, avec une hystérèse autour du point de transition vers Modèle:Unité. La résistance décroît à peu près linéairement quand la température décroît. À Modèle:Unité, on observe une résistivité de Modèle:Unité, tandis qu'à Modèle:Unité, le matériau devient supraconducteur. Dans la mesure où cette structure cristalline brise la symétrie d'inversion, il présente une ferroélectricité qui peut être couplée à sa supraconductivité, ce qui a par exemple permis de créer un commutateur supraconducteur en tellurure de molybdèneModèle:,.

Réactions

Le tellurure de molybdène s'oxyde progressivement dans l'air pour former du dioxyde de molybdène Modèle:Fchim. À des températures élevées, l'oxydation du Modèle:Fchim donne du Modèle:Fchim et du Modèle:Fchim. L'oxydation produit également du trioxyde de molybdène Modèle:Fchim, du tellure et du dioxyde de tellure Modèle:Fchim.

Lorsqu'il est fortement chauffé, le Modèle:Fchim laisse échapper des vapeurs de tellure en laissant une phase solide de plus en plus déficiente en tellure jusqu'à obtenir du Modèle:Fchim. Ce changement perturbe les expériences car les propriétés du matériau sont très sensibles à la teneur en tellure ainsi qu'à la température. La pression de vapeur saturante de Modèle:Fchim en présence de Modèle:Fchim chauffé est approchée par Modèle:Nobr, la pression P étant exprimée en bars et la température T en kelvins. Le Modèle:Fchim chauffé libère également de la vapeur de Modèle:Fchim sous un pression partielle approchée par Modèle:Nobr jusqu'à ne laisser que du molybdène métallique.

Les feuillets d'Modèle:Serif-Modèle:Fchim peuvent être séparés et dispersés dans l'eau avec du cholate de sodium comme tensioactif et une sonication, ce qui donne une suspension vert olive. Le ditellurure de molybdène est hydrophobe mais le tensioactif recouvre sa surface avec la partie lipophile de sa molécule.

Des métaux alcalins tels que le lithium sont susceptibles de former des composés d'insertion dans les feuillets d'Modèle:Serif-Modèle:Fchim. Cela permet d'envisager l'utilisation de ce matériau comme électrode dans un accumulateur lithium-ion. L'intercalation peut aller jusqu'au Modèle:Fchim ; ce matériau présente des figures de diffraction aux rayons X semblables à l'Modèle:Serif-Modèle:Fchim.