Les images du microscope à effet tunnel montrent des molécules de nanographene et les deux produits intermédiaires stabilisés sur une surface de cuivre. Les modèles moléculaires montrent un nanographene (en bas à droite) ainsi que les deux produits intermédiaires (en haut et à gauche). En réalité, le diamètre de la molécule est d'environ un nanomètre.
Le graphène est un matériau prometteur pour les dispositifs nanoélectroniques de demain. Des méthodes précises et évolutives pour fabriquer du graphène et des matériaux dérivés avec les propriétés électroniques souhaitées sont cependant toujours recherchées. Pour surmonter les limitations actuelles, Les chercheurs de l'Empa ont fabriqué des matériaux de type graphène en utilisant une voie chimique de surface et ont clarifié en détail la voie de réaction correspondante. Les travaux viennent d'être publiés dans la revue scientifique « Nature Chemistry ». Les scientifiques ont combiné des observations empiriques utilisant la microscopie à effet tunnel avec des simulations informatiques.
Les composants électroniques sont de plus en plus petits, les composants microélectroniques étant progressivement remplacés par des composants nanoélectroniques. Aux dimensions nanométriques, silicium, qui est à l'heure actuelle le matériau le plus couramment utilisé dans la technologie des semi-conducteurs, atteint cependant une limite, empêchant la miniaturisation et le progrès technologique. Les nouveaux matériaux électroniques sont donc très demandés. En raison de ses propriétés électroniques exceptionnelles, graphène, un réseau de carbone à deux dimensions, est considéré comme un éventuel remplacement. Cependant, plusieurs obstacles doivent être surmontés avant que le graphène puisse être utilisé dans la technologie des semi-conducteurs. Par exemple, actuellement, il n'existe pas de méthode facilement applicable pour le traitement à grande échelle de matériaux de type graphène.
Des chercheurs de l'Empa du laboratoire nanotech@surfaces ont décrit une voie chimique de surface pour fabriquer de petits fragments de graphène, ce que l'on appelle les nanographenes. En utilisant un précurseur polyphénylène prototype, les chercheurs ont précisé, en collaboration avec des scientifiques de l'Institut Max Planck de recherche sur les polymères à Mayence (Allemagne) et de l'Université de Zurich, comment la voie de réaction se déroule en détail sur une surface de cuivre et comment les blocs de construction peuvent être transformés en nanographenes planaires directement sur la surface. Les travaux ont été publiés dimanche dernier dans la revue scientifique Chimie de la nature comme une publication en ligne avancée.
Partenaires réussis :expérimentation et simulation
Pour leurs investigations, les chercheurs ont combiné des observations empiriques, en particulier à partir de la microscopie à effet tunnel avec des simulations informatiques. Les simulations sont utilisées pour déterminer si une étape de réaction théoriquement possible est énergétiquement possible ou non. Le résultat :la voie réactionnelle se compose de six étapes avec cinq produits intermédiaires. Deux d'entre eux sont stabilisés par la surface afin de pouvoir être imagés de manière stable avec le microscope à effet tunnel. Les barrières réactionnelles reliant les différents intermédiaires sont abaissées grâce à un effet catalytique du substrat.
L'image générée par ordinateur montre les détails de l'un des deux produits intermédiaires que les chercheurs de l'Empa ont identifiés avec le microscope à effet tunnel.
Pouvoir être intégré dans des circuits électroniques, le matériau de type graphène doit cependant être fabriqué sur des surfaces semi-conductrices au lieu de surfaces métalliques. Les chercheurs ont simulé si leur approche pouvait également fonctionner sur ces surfaces et les résultats sont très prometteurs, montrant que la synthèse supportée par la surface est un moyen possible de fabriquer des nanographenes sur mesure sur une gamme de substrats différents.
Les trois piliers de la science d'aujourd'hui :la théorie, expérience, et simulation
Les progrès de la recherche scientifique d'aujourd'hui reposent à la fois sur la théorie, expériences, et de plus en plus sur des simulations informatiques. Ces simulations sont complémentaires à des expériences de laboratoire souvent complexes et permettent d'obtenir des informations complémentaires qui ne peuvent être obtenues avec les seules méthodes expérimentales. La combinaison d'expériences et de simulations ainsi que les théories déduites permettent donc une explication de plus en plus précise et une prédiction précise des phénomènes naturels.
