Une superposition d'images de microscopie en fausses couleurs représentant les formes et les orientations du réseau de plusieurs grains de graphène.
(PhysOrg.com) -- Un aperçu rapide des nouvelles recherches de Cornell sur les courtepointes colorées en patchwork, mais ce sont en fait des images de graphène - des feuilles de carbone d'une épaisseur d'un atome cousues ensemble à des interfaces inclinées. Les chercheurs ont dévoilé frappant, détails en résolution atomique de ce à quoi ressemblent les « courtepointes » de graphène aux limites entre les patchs, et ont découvert des informations clés sur les propriétés électriques et mécaniques du graphène.
La collaboration multidisciplinaire Cornell, publication en ligne le 5 janvier dans la revue La nature , se concentre sur le graphène - une feuille d'atomes de carbone d'une épaisseur d'un atome liée dans un réseau cristallin comme un nid d'abeilles ou un grillage - en raison de ses propriétés électriques et de son potentiel d'amélioration, des cellules solaires aux écrans de téléphone portable. Mais il ne pousse pas en feuilles parfaites; plutôt, il se développe en morceaux qui ressemblent à des patchworks, où le réseau en nid d'abeille se rencontre imparfaitement et crée des anneaux de carbone à cinq ou sept membres, plutôt que les six parfaits. Là où ces "patchs" se rencontrent sont appelés joints de grains, et les scientifiques s'étaient demandé si ces limites permettraient aux propriétés spéciales d'un cristal de graphène parfait de se transférer aux structures beaucoup plus grandes en forme de courtepointe.
Pour étudier la matière, les chercheurs ont fait pousser des membranes de graphène sur un substrat de cuivre (une méthode conçue par un autre groupe), mais ont ensuite conçu une nouvelle façon de les décoller de manière autonome, films d'épaisseur atomique. Puis, avec microscopie électronique à imagerie par diffraction, ils ont imagé le graphène en voyant comment les électrons rebondissaient à certains angles, et en utilisant une couleur pour représenter cet angle. En superposant différentes couleurs selon la façon dont les électrons rebondissent, ils ont créé un facile, méthode efficace d'imagerie des joints de grains de graphène en fonction de leur orientation. Et en bonus, leurs photos ont pris une tournure artistique, rappelant aux scientifiques les courtepointes en patchwork.
Une autre feuille de graphène avec différentes orientations de réseau.
"Vous ne voulez pas regarder toute la courtepointe en comptant chaque fil, " a déclaré David Muller, professeur de physique appliquée et d'ingénierie et co-directeur de l'Institut Kavli à Cornell pour la science à l'échelle nanométrique, qui a mené les travaux avec Paul McEuen, professeur de physique et directeur de l'Institut Kavli; et membre de Kavli Jiwoong Park, professeur adjoint de chimie et de biologie chimique. « Vous voulez prendre du recul et voir à quoi cela ressemble sur le lit. Nous avons donc développé une méthode qui filtre les informations sur les cristaux de manière à ne pas avoir à compter chaque atome. »
Cette nouvelle méthode pourrait s'appliquer à d'autres matériaux bidimensionnels et jette un nouvel éclairage sur la manière auparavant mystérieuse dont le graphène était cousu aux joints de grains.
Une analyse plus approfondie a révélé que la croissance de grains plus gros (plus gros patchs) n'améliorait pas la conductivité électrique du graphène, comme le pensaient auparavant les scientifiques des matériaux. Plutôt, ce sont les impuretés qui s'infiltrent dans les feuilles qui font fluctuer les propriétés électriques. Cette idée rapprochera les scientifiques des meilleures façons de cultiver et d'utiliser le graphène.
