Disulfure d'hafnium

Disulfure d'hafnium
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Toru Kanazawa, Tomohiro Amemiya, Atsushi Ishikawa, Vikrant Upadhyaya, Kenji Tsuruta, Takuo Tanaka & Yasuyuki Miyamoto
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Structure cristalline du disulfure d'hafnium
Identification
Nom UICPA bis(sulfanylidène)hafnium
Nom systématique sulfure d'hafnium(IV)
No CAS 18855-94-2
No ECHA 100.038.738
No CE 242-629-5
PubChem 87830
SMILES
InChI
Apparence solide cristallisé brun-pourpre[1]
Propriétés chimiques
Formule HfS2
Masse molaire[2] 242,62 ± 0,03 g/mol
Hf 73,57 %, S 26,43 %,
Propriétés physiques
Masse volumique 6,03 g/cm3[3]
Propriétés électroniques
Largeur de bande interdite ~ 1,8 eV[4] (gap indirect)
Cristallographie
Système cristallin trigonal
Symbole de Pearson
Classe cristalline ou groupe d’espace P3m1 (no 164) [5]
Notation Schönflies D3d
Paramètres de maille a = 363 pm, c = 584 pm, Z = 1
Précautions
SGH[1]
SGH07 : Toxique, irritant, sensibilisant, narcotique

Attention
H315, H319, H335, P101, P102, P103, P262, P280, P304+P340, P305+P351+P338, P403+P233 et P501
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le disulfure d'hafnium, ou sulfure d'hafnium(IV), est un dichalcogénure inorganique semiconducteur[6] de formule chimique HfS2. Il se présente sous la forme d'un solide brun-pourpre cristallisé dans le système trigonal avec le groupe d'espace P3m1 (no 164)[7]. Souvent décrite comme rhomboédrique, sa structure cristalline en feuillets est constituée de couches d'hafnium prises en sandwich entre deux couches de soufre en coordination octaédrique. La liaison entre les atomes d'hafnium et de soufre est forte tandis que celle entre atomes de soufre liant les feuillets est faible, ce qui donne au matériau massif des propriétés lubrifiantes semblables à celles du disulfure de molybdène MoS2. Il peut être obtenu en faisant réagir de l'oxyde d'hafnium(IV) HfO2 avec du disulfure de carbone CS2 à une température de 1 300 à 1 400 °C[8] :

HfO2 + CS2 ⟶ HfS2 + CO2.

Quelques couches atomiques de ce matériau peuvent être exfoliées par ruban adhésif, comme avec le graphène, et utilisées pour produire des transistors à effet de champ[9]. On a également pu obtenir des rendements élevés de disulfure d'hafnium par exfoliation en phase liquide de paillettes stables formées de quelques couches atomiques de HfS2[10]. Une monocouche atomique de disulfure d'hafnium aurait théoriquement une largeur de bande interdite de 1,2 eV et une mobilité électronique de 1 800 cm2/(V·s)[6].

Notes et références

  1. ↑ a et b  (en) « Hafnium Sulfide », sur https://www.americanelements.com/, American Elements  (consulté le ).
  2. ↑ Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. ↑ (en) William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 92e  éd., p. 4.66, CRC Press, 2011 (ISBN 1-4398-5511-0).
  4. ↑ (en) K. Terashima et I. Imai, « Indirect absorption edge of ZrS2 and HfS2 », Solid State Communications, vol. 63, no 4,‎ , p. 315-318 (DOI 10.1016/0038-1098(87)90916-1, Bibcode 1987SSCom..63..315T, lire en ligne).
  5. ↑ (en) David T. Hodul et Angelica M. Stacy, « Anomalies in the properties of Hf(S2−xTex)1−y and Hf(Se2−xTex)1−y near the metal-insulator transition », Journal of Solid State Chemistry, vol. 54, no 3,‎ , p. 438-446 (DOI 10.1016/0022-4596(84)90176-2, Bibcode 1984JSSCh..54..438H, lire en ligne).
  6. ↑ a et b  (en) C. Kreis, S. Werth, R. Adelung, L. Kipp, M. Skibowski, E. E. Krasovskii et W. Schattke, « Valence and conduction band states of HfS2: From bulk to a single layer », Physical Review B, vol. 68, no 23,‎ , article no 235331 (DOI 10.1103/PhysRevB.68.235331, Bibcode 2003PhRvB..68w5331K, lire en ligne).
  7. ↑ (en) « HfS2 », sur https://next-gen.materialsproject.org/, The Materials Project, (consulté le ).
  8. ↑ (en) B. T. Kaminskii, G. N. Prokof'eva, A. S. Plygunov et P. A. Galitskii, « Manufacture of zirconium and hafnium sulfide powders », Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics, vol. 12,‎ , p. 521-524 (DOI 10.1007/bf00796747, S2CID 95277086, lire en ligne).
  9. ↑ (en) Toru Kanazawa, Tomohiro Amemiya, Atsushi Ishikawa, Vikrant Upadhyaya, Kenji Tsuruta, Takuo Tanaka et Yasuyuki Miyamoto, « Few-layer HfS2 transistors », Scientific Reports, vol. 6,‎ , article no 22277 (PMID 26926098, PMCID 4772098, DOI 10.1038/srep22277, Bibcode 2016NatSR...622277K, lire en ligne Accès libre).
  10. ↑ (en) Harneet Kaur, Sandeep Yadav, Avanish K. Srivastava, Nidhi Singh, Shyama Rath, Jörg J. Schneider, Om P. Sinha et Ritu Srivastava, « High-yield synthesis and liquid-exfoliation of two-dimensional belt-like hafnium disulphide », Nano Research, vol. 11,‎ , p. 434-353 (DOI 10.1007/s12274-017-1636-x, S2CID 99414438, lire en ligne).
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Auteurs de cet article « Disulfure d'hafnium » :
Michel Awkal, Bob Saint Clar, Pld.