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Ditellurure de tungstène

composé chimique

Le ditellurure de tungstène est un composé chimique de formule WTe2. Il s'agit probablement d'un semimétal de Weyl (en) de type II[5] présentant une magnétorésistance géante mesurée comme un accroissement de la résistance électrique de 13 × 106 p. cent dans un champ magnétique de 60 T à 0,5 K[6]. La résistance est proportionnelle au carré du champ magnétique et ne présente aucune saturation, ce qui pourrait s'expliquer par le fait que le nombre d'électrons est égal au nombre de trous mobiles[7]. La magnétorésistance décroît en revanche sous l'effet de la pression, et disparaît au-dessus de 10,5 GPa au point que le matériau devient supraconducteur ; la supraconductivité s'observe à 13,0 GPa en-dessous de 6,5 K[8].

Ditellurure de tungstène
Image illustrative de l’article Ditellurure de tungstène
__ W1     __ W2     __ Te
Structure cristalline du ditellurure de tungstène
Identification
Nom systématique tellurure de tungstène(IV)
No CAS 12067-76-4
No ECHA 100.031.884
No CE 235-086-0
PubChem 82913
SMILES
InChI
Apparence solide cristallisé gris[1]
Propriétés chimiques
Formule Te2WWTe2
Masse molaire[2] 439,04 ± 0,07 g/mol
Te 58,13 %, W 41,87 %,
Propriétés physiques
T° fusion 972 °C[3] (décomposition)
Masse volumique 9,49 g/cm3[3]
Cristallographie
Système cristallin orthorhombique
Classe cristalline ou groupe d’espace Pmn21 (no 31) [4]
Notation Schönflies C7
2v
Paramètres de maille a = 352 pm, b = 630 pm, c = 1 501 pm, Z = 4[4]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Le ditellurure de tungstène se présente sous la forme d'un solide gris pratiquement insoluble dans l'eau et cristallisé dans le système orthorhombique selon le groupe d'espace Pmn21 (no 31) avec les paramètres calculés a = 352 pm, b = 630 pm, c = 1 501 pm et Z = 4[4]. Ses cristaux sont organisés en feuillets[9] comme de nombreux autres dichalcogénures de métaux de transition, mais ces feuillets sont tellement déformés que la structure cristalline en nid d'abeilles des TMD est à peine identifiable dans WTe2. Les atomes de tungstène forment des chaînes en zigzag dont on pense qu'elles se comportent comme des conducteurs unidimensionnels. On a pu montrer que des impulsions lumineuses de fréquence térahertz sont susceptibles de modifier la structure cristalline du WTe du système cristallin orthorhombique vers le système monoclinique[10]. Les électrons du WTe2 peuvent passer facilement d'un feuillet cristallin à l'autre, contrairement aux autres semiconducteurs bidimensionnels (en)[11].

Il peut être obtenu en faisant réagir du tungstène avec du tellure sous vide à 800 °C[12] :

W + 2 Te ⟶ WTe2.

Lorsqu'on le chauffe, il commence à réagir avec l'oxygène à environ 650 °C et se décompose sous vide à environ 600 °C[3].

Le ditellurure de tungstène peut être exfolié en paillettes dont la minceur peut atteindre la monocouche WTe2 pour donner un TMD 2D, c'est-à-dire un dichalcogénure de métal de transition (TMD) bidimensionnel. On pensait au départ que les monocouches WTe2 dans la phase cristalline 1T’ se comporteraient comme des semimétaux de Weyl[13], mais on a par la suite montré qu'en dessous de 50 K elles se comportent plutôt comme des isolants. Des expériences complémentaires ont montré qu'elles se comportent comme des isolants topologiques bidimensionnels[14],[15].

Notes et références

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  1. ↑ (en) William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 94e  éd., CRC Press, 2016, p. 97 (ISBN 978-1-4665-7115-0).
  2. ↑ Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. ↑ a b et c (en) Erik Lassner et Wolf-Dieter Schubert, Tungsten Properties, Chemistry, Technology of the Element, Alloys, and Chemical Compounds, Springer Science & Business Media, 2012, p. 167 (ISBN 978-1-4615-4907-9).
  4. ↑ a b et c (en) « WTe2 », sur https://next-gen.materialsproject.org/, The Materials Project (consulté le ).
  5. ↑ (en) Alexey A. Soluyanov, Dominik Gresch, Zhijun Wang, QuanSheng Wu, Matthias Troyer, Xi Dai et B. Andrei Bernevig, « Type-II Weyl semimetals », Nature, vol. 527, no 7579,‎ , p. 495-498 (PMID 26607545, DOI 10.1038/nature15768, Bibcode 2015Natur.527..495S, arXiv 1507.01603, S2CID 205246491, lire en ligne).
  6. ↑ (en) Mazhar N. Ali, Jun Xiong, Steven Flynn, Jing Tao, Quinn D. Gibson, Leslie M. Schoop, Tian Liang, Neel Haldolaarachchige, Max Hirschberger, N. P. Ong et R. J. Cava, « Large, non-saturating magnetoresistance in WTe2 », Nature, vol. 514, no 7521,‎ , p. 205-208 (PMID 25219849, DOI 10.1038/nature13763, Bibcode 2014Natur.514..205A, arXiv 1405.0973, S2CID 4446498, lire en ligne).
  7. ↑ (en) I. Pletikosić, Mazhar N. Ali, A. V. Fedorov, R. J. Cava et T. Valla, « Electronic Structure Basis for the Extraordinary Magnetoresistance in WTe2 », Physical Review Letters, vol. 113, no 21,‎ , article no 216601 (PMID 25479512, DOI 10.1103/PhysRevLett.113.216601, Bibcode 2014PhRvL.113u6601P, arXiv 1407.3576, S2CID 30058910, lire en ligne).
  8. ↑ (en) Defen Kang, Yazhou Zhou, Wei Yi, Chongli Yang, Jing Guo, Youguo Shi, Shan Zhang, Zhe Wang, Chao Zhang, Sheng Jiang, Aiguo Li, Ke Yang, Qi Wu, Guangming Zhang, Liling Sun et Zhongxian Zhao, « Superconductivity emerging from a suppressed large magnetoresistant state in tungsten ditelluride », Nature Communications, vol. 6,‎ , article no 7804 (PMID 26203807, PMCID 4525168, DOI 10.1038/ncomms8804, Bibcode 2015NatCo...6.7804K, arXiv 1502.00493, lire en ligne  ).
  9. ↑ (en) Chia-Hui Lee, Eduardo Cruz Silva, Lazaro Calderin, Minh An T. Nguyen, Matthew J. Hollander, Brian Bersch, Thomas E. Mallouk et Joshua A. Robinson, « Tungsten Ditelluride: a layered semimetal », Scientific Reports, vol. 5,‎ , article no 10013 (PMID 26066766, PMCID 5155493, DOI 10.1038/srep10013, Bibcode 2015NatSR...510013L, lire en ligne  ).
  10. ↑ (en) Edbert J. Sie, Clara M. Nyby, C. D. Pemmaraju, Su Ji Park, Xiaozhe Shen, Jie Yang, Matthias C. Hoffmann, B. K. Ofori-Okai, Renkai Li, Alexander H. Reid, Stephen Weathersby, Ehren Mannebach, Nathan Finney, Daniel Rhodes, Daniel Chenet, Abhinandan Antony, Luis Balicas, James Hone, Thomas P. Devereaux, Tony F. Heinz, Xijie Wang et Aaron M. Lindenberg, « An ultrafast symmetry switch in a Weyl semimetal », Nature, vol. 565, no 7737,‎ , p. 61-66 (PMID 30602749, DOI 10.1038/s41586-018-0809-4, Bibcode 2019Natur.565...61S, S2CID 57373505, lire en ligne).
  11. ↑ (en) L. R. Thoutam, Y. L. Wang, Z. L. Xiao, S. Das, A. Luican-Mayer, R. Divan, G. W. Crabtree et W. K. Kwok, « Temperature-Dependent Three-Dimensional Anisotropy of the Magnetoresistance in WTe2 », Physical Review Letters, vol. 115, no 4,‎ , article no 046602 (PMID 26252701, DOI 10.1103/PhysRevLett.115.046602, arXiv 1506.02214, S2CID 22977747, lire en ligne).
  12. ↑ (en) Jane E. Callanan, G.A. Hope, Ron D. Weir et Edgar F. Westrum Jr., « Thermodynamic properties of tungsten ditelluride (WTe2) I. The preparation and lowtemperature heat capacity at temperatures from 6 K to 326 K », The Journal of Chemical Thermodynamics, vol. 24, no 6,‎ , p. 627-638 (DOI 10.1016/S0021-9614(05)80034-5, Bibcode 1992JChTh..24..627C, lire en ligne).
  13. ↑ (en) Xiaofeng Qian, Junwei Liu, Liang Fu et Ju Li, « Quantum spin Hall effect in two-dimensional transition metal dichalcogenides », Science, vol. 346, no 6215,‎ , p. 1344-1347 (PMID 25504715, DOI 10.1126/science.1256815, Bibcode 2014Sci...346.1344Q, arXiv 1406.2749, S2CID 117622601, lire en ligne).
  14. ↑ (en) Zaiyao Fei, Tauno Palomaki, Sanfeng Wu, Wenjin Zhao, Xinghan Cai, Bosong Sun, Paul Nguyen, Joseph Finney, Xiaodong Xu et David H. Cobden, « Edge conduction in monolayer WTe2 », Nature Physics, vol. 13, no 7,‎ , p. 677-682 (DOI 10.1038/nphys4091, Bibcode 2017NatPh..13..677F, arXiv 1610.07924, S2CID 104152529, lire en ligne  ).
  15. ↑ (en) Sanfeng Wu, Valla Fatemi, Quinn D. Gibson, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Robert J. Cava et Pablo Jarillo-Herrero, « Observation of the quantum spin Hall effect up to 100 kelvin in a monolayer crystal », Science, vol. 359, no 6371,‎ , p. 76-79 (PMID 29302010, DOI 10.1126/science.aan6003, Bibcode 2018Sci...359...76W, arXiv 1711.03584, S2CID 206660894, lire en ligne).
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