(PhysOrg.com) - Lorsque la plupart d'entre nous entendons le mot "défaut", nous pensons à un problème qui doit être résolu. Mais une équipe de chercheurs de l'Université de Floride du Sud (USF) a créé un nouveau défaut qui pourrait bien être une solution à un défi croissant dans le développement de futurs appareils électroniques.

L'équipe dirigée par les professeurs USF Matthias Batzill et Ivan Oleynik, dont la découverte a été publiée hier dans la revue Nature Nanotechnologie , ont développé une nouvelle méthode pour ajouter un défaut étendu au graphène, une feuille plane d'atomes de carbone d'une épaisseur d'un atome qui, selon beaucoup, pourrait remplacer le silicium en tant que matériau pour la construction de pratiquement toute l'électronique.

Il n'est pas simple de travailler avec le graphène, toutefois. Pour être utile dans les applications électroniques comme les circuits intégrés, de petits défauts doivent être introduits dans le matériau. Les tentatives précédentes pour créer les défauts nécessaires se sont avérées incohérentes ou ont produit des échantillons dans lesquels seuls les bords de fines bandes de graphène ou de nanorubans de graphène possédaient une structure de défaut utile. Cependant, les bords atomiquement tranchants sont difficiles à créer en raison de la rugosité naturelle et de la chimie incontrôlée des liaisons pendantes au bord des échantillons.

L'équipe de l'USF a maintenant trouvé un moyen de créer un défaut étendu sur plusieurs atomes, contenant des anneaux de carbone octogonaux et pentagonaux noyés dans une feuille de graphène parfaite. Ce défaut agit comme un fil métallique quasi-unidimensionnel qui conduit facilement le courant électrique. De tels défauts pourraient être utilisés comme interconnexions métalliques ou éléments de structures de dispositifs tout en carbone, électronique à l'échelle atomique.

Alors, comment l'équipe a-t-elle fait? Le groupe expérimental, guidé par la théorie, utilisé les propriétés d'auto-organisation d'un substrat de nickel monocristallin, et a utilisé une surface métallique comme échafaudage pour synthétiser deux demi-feuilles de graphène traduites l'une par rapport à l'autre avec une précision atomique. Lorsque les deux moitiés ont fusionné à la frontière, ils formaient naturellement un défaut de ligne étendu. La microscopie à effet tunnel et les calculs de structure électronique ont été utilisés pour confirmer que ce nouveau défaut de carbone unidimensionnel possédait un structure atomique périodique, ainsi que des propriétés métalliques dans la bande étroite le long du défaut.

Ce petit fil pourrait avoir un impact important sur l'avenir des puces informatiques et de la myriade d'appareils qui les utilisent. A la fin du 20e siècle, les ingénieurs informaticiens ont décrit un phénomène appelé la loi de Moore, qui soutient que le nombre de transistors pouvant être intégrés à un prix abordable dans un processeur d'ordinateur double environ tous les deux ans. Cette loi s'est avérée correcte, et la société a récolté les bénéfices que les ordinateurs deviennent plus rapides, plus petite, et moins cher. Dans les années récentes, cependant, certains physiciens et ingénieurs en sont venus à croire que sans de nouvelles percées dans de nouveaux matériaux, nous pourrions bientôt atteindre la fin de la loi de Moore. Comme les transistors à base de silicium sont réduits à leur plus petite échelle possible, trouver des moyens d'emballer plus sur un seul processeur devient de plus en plus difficile.

Les fils métalliques dans le graphène peuvent aider à maintenir le taux de technologie des microprocesseurs prédit par la loi de Moore dans le futur. La découverte par l'équipe de l'USF, avec le soutien de la National Science Foundation, pourrait ouvrir la porte à la création de la prochaine génération d'appareils électroniques utilisant de nouveaux matériaux. Cette nouvelle découverte sera-t-elle disponible immédiatement dans de nouveaux nano-dispositifs ? Peut-être pas tout de suite, mais il peut constituer une étape cruciale dans le développement de plus petits, encore plus puissant, appareils électroniques dans un avenir pas si lointain.