Dans une technique connue sous le nom de nanolithographie thermochimique, la pointe d'un microscope à force atomique utilise la chaleur pour transformer l'oxyde de graphène en oxyde de graphène réduit, une substance qui peut être utilisée pour produire des nanocircuits et des nanofils à conductivité contrôlable. Crédit d'image:Université de l'Illinois à Urbana-Champaign
(PhysOrg.com) -- Les scientifiques ont fait une percée vers la création de nanocircuits sur le graphène, largement considéré comme le candidat le plus prometteur pour remplacer le silicium comme élément constitutif des transistors. Ils ont conçu un processus simple et rapide en une étape pour créer des nanofils, régler les propriétés électroniques de l'oxyde de graphène réduit et lui permettre ainsi de passer d'un matériau isolant à un matériau conducteur.
La technique fonctionne avec de multiples formes de graphène et est en passe de devenir une découverte importante pour le développement de l'électronique au graphène. La recherche paraît dans le 11 juin, 2010, numéro de la revue Science .
Les scientifiques qui travaillent avec des nanocircuits sont enthousiasmés par le graphène parce que les électrons rencontrent moins de résistance lorsqu'ils voyagent le long du graphène par rapport au silicium et parce que les transistors au silicium d'aujourd'hui sont presque aussi petits que le permettent les lois de la physique. Le graphène a également un avantage en raison de son épaisseur - c'est une feuille de carbone d'un seul atome d'épaisseur. Alors que la nanoélectronique au graphène pourrait être plus rapide et consommer moins d'énergie que le silicium, personne ne savait comment produire des nanostructures de graphène sur une méthode aussi reproductible ou évolutive. C'est jusqu'à maintenant.
"Nous avons montré qu'en chauffant localement de l'oxyde de graphène isolant, les flocons et les variétés épitaxiées, avec une pointe de microscope à force atomique, nous pouvons écrire des nanofils avec des dimensions allant jusqu'à 12 nanomètres. Et nous pouvons ajuster leurs propriétés électroniques pour qu'elles soient jusqu'à quatre ordres de grandeur plus conductrices. Nous n'avons vu aucun signe d'usure de la pointe ou de déchirure de l'échantillon, " dit Elisa Riedo, professeur agrégé à l'École de physique du Georgia Institute of Technology.
A l'échelle macro, la conductivité de l'oxyde de graphène peut être changée d'un matériau isolant à un matériau semblable au graphène plus conducteur à l'aide de grands fours. Maintenant, l'équipe de recherche a utilisé TCNL pour augmenter la température de l'oxyde de graphène réduit à l'échelle nanométrique, afin qu'ils puissent dessiner des nanocircuits de type graphène. Ils ont découvert que lorsqu'il a atteint 130 degrés Celsius, l'oxyde de graphène réduit a commencé à devenir plus conducteur.
« Donc, la beauté de ceci est que nous avons conçu un simple, technique robuste et reproductible qui permet de transformer un échantillon isolant en un nanofil conducteur. Ces propriétés sont la marque d'une technologie productive, " a déclaré Paul Sheehan, chef de la section des nanosciences de surface et de la technologie des capteurs au Naval Research Laboratory de Washington, D.C.
L'équipe de recherche a testé deux types d'oxyde de graphène - l'un en carbure de silicium, l'autre avec de la poudre de graphite.
"Je pense qu'il y a trois choses dans cette étude qui la distinguent, " dit William P. King, professeur agrégé au département de sciences mécaniques et d'ingénierie de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign. "D'abord, est que l'ensemble du processus se déroule en une seule étape. Vous passez de l'oxyde de graphène isolant à un matériau électronique fonctionnel en appliquant simplement un nano-chauffage. Seconde, nous pensons que tout type de graphène se comportera de cette façon. Troisième, l'écriture est une technique extrêmement rapide. Ces nanostructures peuvent être synthétisées à un rythme si élevé que l'approche pourrait être très utile pour les ingénieurs qui souhaitent fabriquer des nanocircuits."
"Ce projet est un excellent exemple des nouvelles technologies que permet l'électronique épitaxiale au graphène, " dit Walt de Heer, Regent's Professor à la Georgia Tech's School of Physics et le promoteur original du graphène épitaxié en électronique. Son étude a conduit à la création du Materials Research Science and Engineering Center il y a deux ans. "La simple conversion de l'oxyde de graphène en graphène est une méthode importante et rapide pour produire des fils conducteurs. Cette méthode peut être utilisée non seulement pour l'électronique flexible, mais c'est possible, dans le futur, que les fils de graphène biocompatibles peuvent être utilisés pour mesurer les signaux électriques de cellules biologiques uniques. »
