Les empilements de matériaux bidimensionnels tels que le graphène ou les dichalcogénures de métaux (MoSe2 par exemple) sont très prometteurs car il est possible d'ajuster leurs propriétés électroniques par le choix des couches et leur agencement. Ils sont aussi appelés « hétérostructures de van der Waals », en référence aux interactions électrostatique de faible intensité entre les couches. Les désaccords de maille entre feuillets peuvent donner naissance à des fluctuations électroniques rappelant les phénomènes de moiré, et faire apparaître de nouvelles propriétés physiques. Pour concevoir de nouvelles hétérostructures, il est nécessaire de comprendre finement ces interactions de van der Waals.
Pour cela, plusieurs équipes de l'Inac ont étudié des empilements constitués successivement de MoSe2, plusieurs plans de graphène et de SiC. Cette hétérostructure a été fabriquée par épitaxie par jets moléculaires, sous ultravide et à haute température (500°C), une technique qui garantit des interfaces de grande qualité. Des expériences de diffraction de rayons X en incidence rasante ont révélé une parfaite relation d'épitaxie entre MoSe2 et le graphène, qui brouille l'hypothèse des interactions de van der Waals. Des mesures de photoémission couplées à des calculs ab initio ont par ailleurs mis en évidence un fort transfert de charges entre MoSe2 et le graphène, transformant le graphène en semi-conducteur, avec l'ouverture d'une bande interdite (gap). Ce gap a été estimé à 250 meV, la plus forte valeur reportée à ce jour dans ce type de matériau.
Les caractérisations ont été réalisées à l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility), à Grenoble, et au synchrotron italien Ellettra, à Trieste.