Graphène monocouche, une feuille de carbone épaisse à couche atomique, a trouvé d'immenses applications dans divers domaines, y compris les capteurs chimiques et la détection électronique d'événements d'adsorption de molécules uniques. Par conséquent, la surveillance des changements induits par les molécules physisorbées de la réponse électrique du graphène est devenue omniprésente dans les capteurs à base de graphène. Le réglage du champ électrique de l'interaction molécule physisorbée-graphène améliore la détection du gaz en raison d'un transfert de charge dépendant du champ électrique unique entre le gaz adsorbé et le graphène. L'identification moléculaire dans les capteurs de graphène a été prédite sur la base de ce transfert de charge unique et réglable électriquement, qui est une signature pour différentes molécules adsorbées.

Néanmoins, pour obtenir une fonctionnalité d'identification moléculaire dans les capteurs de graphène, une compréhension des événements d'adsorption/désorption de gaz et de la rétention de l'interaction graphène-molécule de gaz après la désactivation du champ électrique est souhaitée. Jusqu'à maintenant, les interactions de liaison entre le graphène et la molécule de gaz ont été considérées comme aléatoires par l'énergie thermique ambiante après la désactivation du champ électrique, ce qui n'est pas surprenant puisque ces interactions sont des liaisons de van der Waals (vdW) et donc intrinsèquement faibles. Néanmoins, cette randomisation thermique supposée de la liaison vdW de la molécule de gaz graphène n'a pas été vérifiée expérimentalement et constitue un inconvénient majeur pour l'identification moléculaire basée sur le transfert de charge accordable électriquement dans les capteurs de gaz graphène.

Pour clarifier la rétention de liaison des molécules de gaz adsorbées sur le graphène avec et sans réglage du champ électrique, Osazuwa Gabriel Agbonlahor (actuel doctorant), Tomonori Imamura (étudiant diplômé en master), Dr Manoharan Murugananthan (Conférencier principal), et le professeur Hiroshi Mizuta du laboratoire Mizuta du Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) ont surveillé la décroissance de l'interaction vdW en fonction du temps du CO adsorbé 2 molécules sur le graphène à différents champs électriques. En utilisant le champ électrique pour régler l'interaction entre le gaz adsorbé et le graphène, le transfert de charge entre le CO adsorbé 2 les molécules et le graphène ont été surveillés pendant que le champ électrique de réglage était allumé et après qu'il a été éteint. Remarquablement, les interactions graphène-molécule de gaz van der Waals ont été conservées des heures après la désactivation du champ électrique, démontrant à la fois les caractéristiques de rétention de transfert de charge et de diffusion des porteurs de l'amplitude et de la direction du champ électrique précédemment appliqué, c'est-à-dire le CO adsorbé 2 molécules ont démontré une « mémoire de liaison vdW ».

En raison de cette mémoire de liaison, les propriétés de transfert de charge et de diffusion des molécules de gaz adsorbées sur le graphène peuvent être étudiées quelques heures après la désactivation du champ électrique, ce qui est essentiel pour identifier les molécules adsorbées en fonction de leur réponse de transfert de charge signature à un champ électrique appliqué. Par ailleurs, le long temps de rétention de liaison (plus de 2h) de ces molécules adsorbées à accord électrique, distingue les capteurs à base de graphène en tant que plates-formes de développement de capteurs « intelligents » adaptés aux applications « au-delà de la détection » dans les dispositifs de mémoire et les commutateurs conformationnels.