Des simulations à l'échelle nanométrique et des recherches théoriques effectuées au laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie rapprochent les scientifiques de la réalisation du potentiel du graphène dans les applications électroniques.

Une équipe de recherche dirigée par Bobby Sumpter de l'ORNL, Vincent Meunier et Eduardo Cruz-Silva ont découvert comment les boucles se développent dans le graphène, un matériau de faible poids à haute résistance et conducteur d'électricité qui ressemble à un nid d'abeilles à l'échelle atomique.

Les boucles structurelles qui se forment parfois lors d'un processus de nettoyage au graphène peuvent rendre le matériau inadapté aux applications électroniques. Surmonter ces types de problèmes est d'un grand intérêt pour l'industrie électronique.

"Le graphène est une étoile montante dans le monde des matériaux, étant donné son potentiel d'utilisation dans des composants électroniques précis comme des transistors ou d'autres semi-conducteurs, " dit Bobby Sumpter, un scientifique de l'ORNL.

L'équipe a utilisé la dynamique moléculaire quantique pour simuler un processus expérimental de nettoyage du graphène, comme discuté dans un article publié dans Lettres d'examen physique . Les calculs effectués sur les superordinateurs ORNL ont indiqué aux chercheurs une étape intermédiaire négligée lors du traitement.

Imagerie au microscope électronique à transmission, ou TEM, soumis le graphène à une irradiation électronique, qui a finalement empêché la formation de boucles. Les simulations ORNL ont montré qu'en injectant des électrons pour collecter une image, les électrons modifiaient simultanément la structure du matériau.

"Prendre une photo avec un TEM n'est pas simplement prendre une photo, " Dit Sumpter. " Vous pourriez modifier l'image en même temps que vous la regardez. "

La recherche s'appuie sur les résultats discutés dans un rapport de 2009 Science papier (Jia et al.), où Meunier et Sumpter ont aidé à démontrer un processus qui nettoie les bords du graphène en faisant passer un courant à travers le matériau dans un processus connu sous le nom de chauffage Joule. Le graphène est seulement aussi bon que l'uniformité ou la propreté de ses bords, qui déterminent l'efficacité avec laquelle le matériau peut transmettre des électrons. Meunier a déclaré que la capacité de nettoyer efficacement les bords du graphène est cruciale pour l'utilisation du matériau en électronique.

"Imaginez que vous ayez une voiture de sport chic, mais alors vous vous rendez compte qu'il a des roues carrées. A quoi bon ? C'est comme avoir des bords déchiquetés sur du graphène, ", a déclaré Meunier.

Des études expérimentales récentes ont montré que le processus de chauffage Joule peut conduire à des boucles indésirables qui relient différentes couches de graphène. L'article PRL fournit une compréhension atomistique de la façon dont l'irradiation électronique d'un microscope électronique à transmission affecte le processus de nettoyage du graphène en empêchant la formation de boucles.

"Nous pouvons nettoyer les bords, et pas seulement ça, nous sommes capables de comprendre pourquoi nous pouvons les nettoyer, ", a déclaré Meunier.