Une équipe multinationale révèle le mécanisme de régulation de la structure et des propriétés électroniques du borophène par la lithiation grâce à la technologie synchrotron

Une équipe de recherche composée de l'Institut de physique de Zagreb (Croatie), du synchrotron Elettra de Trieste (Italie), de l'Université de Shimane et de l'Université des sciences de Tokyo a récemment mené une étude sur l'interaction entre les atomes de lithium et le borophène, révélant le mécanisme par lequel le processus de lithiation affecte la structure atomique et les propriétés électroniques du borophène. Les résultats ont été publiés dans *ACS Nano* et sélectionnés pour la couverture du journal.

(a) Déplacement du niveau de cœur B 1s vers des énergies de liaison plus élevées ; (b) diminution du travail de sortie de l'échantillon due au transfert de charge des atomes de Li vers les atomes de B ; (c) les atomes de lithium (jaunes) déposés sur le borophène (magenta) provoquent une déformation du réseau du borophène, en raison de la redistribution significative des charges dans le système, comme illustré en (d). Adapté de *ACS Nano* 20, 20198 (2026).

Le borophène est un matériau planaire bidimensionnel composé d'atomes de bore. En raison de son arrangement atomique unique, de sa métallicité et de sa structure ajustable, le borophène est considéré comme ayant un potentiel d'application dans les dispositifs nanoélectroniques de nouvelle génération, les capteurs et les systèmes de stockage d'énergie. Cependant, la question fondamentale de savoir comment réguler précisément ses propriétés par des interactions chimiques entre des éléments étrangers et le borophène reste à résoudre dans ce domaine. Le lithium, en tant que métal alcalin typique et élément clé des technologies modernes de stockage d'énergie, suscite un intérêt particulier pour son interaction avec le borophène.

Dans cette étude, l'équipe a utilisé du borophène épitaxial cultivé sur un substrat d'iridium comme objet de recherche pour examiner le comportement d'adsorption du lithium à la surface du borophène. Les chercheurs ont combiné des techniques de microscopie et de spectroscopie à haute résolution sur la ligne de lumière de nanospéctroscopie du synchrotron Elettra, ainsi que des méthodes de modélisation théorique, pour analyser les changements à l'échelle atomique pendant le processus de dépôt du lithium. Parmi celles-ci, la spectroscopie photoélectronique et la microscopie électronique à basse énergie ont fourni un soutien clé permettant aux chercheurs d'obtenir simultanément des informations d'imagerie en espace réel, d'imagerie par diffraction et spectroscopiques.

Les résultats expérimentaux montrent que les atomes de lithium déposés sur le borophène restent principalement à la surface du borophène, sans s'incorporer sous le matériau. Parallèlement, une forte interaction se produit entre le lithium et la couche de bore, les atomes de lithium transférant une grande quantité de charge électronique au film de borophène. Ce processus modifie non seulement significativement la structure électronique du borophène, déplaçant le niveau de cœur B 1s vers des énergies de liaison plus élevées et réduisant le travail de sortie de l'échantillon, mais provoque également une distorsion mesurable du réseau du borophène.

L'étude a également révélé qu'après un traitement thermique, une partie des atomes de lithium quitte la surface, tandis que les atomes restants participent à la formation d'une nouvelle phase de surface bore—lithium—iridium. Ce phénomène indique que la lithiation peut non seulement modifier les propriétés électroniques du borophène, mais aussi offrir de nouvelles voies pour la modification chimique du borophène.

L'équipe de recherche estime que ces travaux fournissent de nouvelles données fondamentales pour la compréhension des propriétés chimiques et physiques des matériaux bidimensionnels à base de bore, et offrent également une référence pour la conception future de systèmes de matériaux à base de borophène. Ces résultats contribuent à explorer davantage la manière de réguler les propriétés électroniques des matériaux bidimensionnels émergents par des interactions à l'échelle atomique, et servent la recherche en nanoélectronique, catalyse et technologies liées à l'énergie.