Afin de produire de minuscules mémoires électroniques ou capteurs à l'avenir, il est essentiel de pouvoir disposer des atomes métalliques individuels sur une couche isolante. Des scientifiques de la faculté de chimie de l'université de Bielefeld ont maintenant démontré que cela est possible à température ambiante :les molécules du composé contenant du métal, l'acétate de molybdène, forment une structure ordonnée sur l'isolant calcite sans sauter vers d'autres positions ni tourner. Leurs conclusions ont été présentées dans le Communication Nature journal. Le travail a été réalisé en collaboration avec des chercheurs des universités de Kaiserslautern, Lincoln (Royaume-Uni) et Mayence.

"Jusqu'à maintenant, il a été difficile d'arranger des atomes métalliques sur une surface isolante. C'est plus facile sur une surface métallique, mais ce n'est pas très avantageux pour une utilisation dans des composants électroniques, " dit le professeur Dr. Angelika Kühnle, qui dirige le groupe de travail Chimie Physique I à la Faculté de Chimie. "C'est ce qui est spécial dans notre étude :nous avons trouvé un moyen d'arranger les atomes métalliques sur les isolants dans une structure en forme de réseau." Les isolants sont des matériaux dans lesquels les électrons ne peuvent pas se déplacer librement et sont donc de très mauvais conducteurs d'électricité.

La difficulté est d'ancrer solidement les atomes métalliques même à température ambiante, sans qu'ils s'attirent, sauter à d'autres positions ou tourner. Jusqu'à maintenant, les scientifiques ont pu disposer de petites molécules sur des isolants à très basse température, mais à température ambiante, ils étaient trop mobiles. Des molécules plus grosses ont résolu le problème de la mobilité, mais rapidement formé des grappes.

Pour leurs recherches, Kühnle et son groupe de travail ont utilisé de l'acétate de molybdène, un composé qui contient deux atomes chacun du molybdène métallique. Le fait que ce composé présente des propriétés structurelles intéressantes sur une surface d'or avait déjà été découvert par une équipe de recherche de l'Université technique de Kaiserslautern. "Si l'acétate de molybdène est maintenant appliqué sur une surface de calcite, les molécules forment une structure ordonnée. Cela signifie que les atomes de molybdène sont également disposés dans un réseau ordonné, " dit le Dr Simon Aeschlimann, qui a mené des recherches dans le groupe de Kühnle et est l'auteur principal de l'étude publiée. « Au moyen de diverses expériences et simulations, nous avons pu montrer que les molécules d'acétate de molybdène ne sautent ni ne tournent, ils ne forment pas non plus des grappes. Ils sont solidement ancrés sur la surface de calcite."

Les scientifiques ont mené les expériences à l'aide d'un microscope à force atomique. "En microscopie à force atomique, une petite aiguille balaie la surface des matériaux, comme un tourne-disque, sauf que l'aiguille ne touche pas directement la surface, mais est dévié par les forces atomiques. Cela crée alors une image de la structure de surface, " dit Aeschlimann. Les scientifiques ont examiné, par exemple, où se trouvent les molécules d'acétate de molybdène à la surface de la calcite et dans quelle direction elles s'alignent.

La structure ordonnée est créée parce que les molécules d'acétate de molybdène s'alignent précisément avec la distribution des charges à la surface de la calcite. La calcite se compose de blocs de construction de calcium et de carbonate qui forment une structure en treillis régulier. "Chaque molécule d'acétate de molybdène ne s'adapte qu'à un endroit très spécifique sur la surface de la calcite et en même temps n'interagit pas avec ses molécules d'acétate de molybdène voisines. Cela signifie qu'elle est fermement ancrée, " dit Kühnle.

En tant que scientifique engagé dans la recherche pure, Kühnle s'intéresse à la question de savoir comment les structures moléculaires se forment sur les surfaces ou les interfaces. Mais les résultats sont également pertinents pour les applications électroniques :si, par exemple, les métaux magnétiques peuvent être disposés selon le même principe, cela pourrait être utilisé en nanotechnologie pour produire un stockage de données, c'est-à-dire des souvenirs qui ne mesurent que quelques millionièmes de millimètre. D'autres domaines d'application possibles incluent les capteurs optiques ou chimiques.