Des physiciens du laboratoire Ames du département de l'Énergie des États-Unis ont découvert que les matériaux de terres rares, comme le dysprosium (illustré à gauche), et d'autres matériaux, comme le plomb (illustré à droite) se comportent différemment lorsque quelques atomes de chaque type de matériau sont déposés sur un graphène et que les atomes s'assemblent eux-mêmes en de minuscules îlots. Les terres rares semblent se déplacer lentement, suggérant une forte interaction électronique, tandis que le plomb se déplace rapidement, suggérant une interaction électronique plus faible.
(PhysOrg.com) -- Les transistors et les dispositifs de stockage d'informations sont de plus en plus petits. Mais, être aussi petit que l'échelle nanométrique, les scientifiques doivent comprendre comment se comportent quelques atomes de métaux lorsqu'ils sont déposés sur une surface.
Des physiciens du laboratoire Ames du département de l'Énergie des États-Unis étudient l'interaction de matériaux prometteurs pour l'électronique à l'échelle nanométrique :le graphène et différents types de métaux. L'équipe a découvert que les métaux des terres rares dysprosium et gadolinium réagissent fortement avec le graphène, alors que le plomb ne le fait pas.
Michael C. Tringides, un physicien senior du Laboratoire Ames, et ses collègues Myron Hupalo, un scientifique du laboratoire Ames, et Steven Binz, un étudiant diplômé en physique, déposé quelques atomes de plomb ou de terres rares à la surface du graphène, une couche de carbone d'une épaisseur d'un atome. Dans un processus appelé auto-assemblage, les atomes se déplacent d'eux-mêmes et forment des îlots ou des films lisses sur le graphène. Tringides et l'équipe ont ensuite utilisé la microscopie à effet tunnel pour étudier la géométrie des îles.
« Nous voulions comprendre comment les atomes se diffusent, surtout à quelle vitesse, », a déclaré Tringides. « Dans ce cas, les atomes de plomb se sont déplacés rapidement lorsque nous les avons refroidis, tandis que le dysprosium se déplaçait lentement, même après que nous les ayons réchauffés.
La vitesse à laquelle les atomes se déplacent et forment des îles offre un aperçu de la façon dont chaque matériau interagit, ou partage des électrons, avec le graphène.
« Si les atomes se déplacent rapidement, cela signifie que vous n'avez pas d'interaction forte, " a-t-il dit. « C'est comme des rondelles de hockey qui glissent sur une patinoire. Il y a peu d'interactions. »
En cas de dysprosium, les atomes lents suggèrent que le métal réagit fortement avec le graphène. Le gadolinium a une interaction encore plus forte. L'interaction est importante car pour exploiter le potentiel du graphène en électronique, il faudra attacher des métaux au graphène pour conduire l'électricité.
« L'espoir est que le graphène puisse être utilisé pour des transistors ultra-rapides, », a déclaré Tringides. « Notre travail est pertinent pour cela parce que lorsque vous mettez du métal sur du graphène, vous voulez avoir un très bon contact, donc la résistance électrique est faible.
Tringides dit également que les îles de terres rares sur le graphène sont de minuscules aimants.
« Il s'est avéré que ces îles étaient de bons nano-aimants sur le graphène, », a déclaré Tringides. « Vous avez une très haute densité de nano-aimants. Le fer a également une densité d'îles élevée similaire. Cela pourrait être utile à l'avenir pour utiliser des métaux sur du graphène dans la mémoire d'un ordinateur.
Les physiciens théoriciens du Laboratoire Ames C.Z. Wang et Kai-Ming Ho ont collaboré à la recherche, en utilisant des calculs pour confirmer les résultats expérimentaux sur les liaisons entre le graphène et les métaux étudiés.
« Ces découvertes sont intéressantes à la fois pour la physique fondamentale et en raison de leur utilité potentielle, », a déclaré Tringides. "Chaque fois que vous dites" nano, ’ vous pouvez faire beaucoup de quelque chose dans une petite taille. Et cela pourrait être très bénéfique pour quelque chose comme la mémoire informatique magnétique.
Le Bureau des sciences du DOE a financé la recherche, qui a été rapporté dans le journal Matériaux avancés .
