Le graphène et les cristaux associés d'un atome d'épaisseur offrent la possibilité d'une vaste gamme de nouveaux matériaux et dispositifs en empilant des couches atomiques individuelles les unes sur les autres, de nouvelles recherches de l'Université de Manchester montrent.

Dans un rapport publié dans Physique de la nature , un groupe dirigé par le Dr Leonid Ponomarenko et le professeur Andre Geim, lauréat du prix Nobel, a assemblé des couches atomiques individuelles les unes sur les autres dans l'ordre souhaité.

L'équipe a utilisé des cristaux individuels d'un atome d'épaisseur pour construire un gâteau multicouche qui fonctionne comme un transformateur électrique à l'échelle nanométrique.

Graphène, isolé pour la première fois à l'Université de Manchester en 2004, a le potentiel de révolutionner diverses applications, des smartphones et du haut débit ultrarapide à l'administration de médicaments et aux puces informatiques.

Il a le potentiel de remplacer les matériaux existants, comme le silicium, mais les chercheurs de Manchester pensent qu'il pourrait vraiment trouver sa place avec de nouveaux dispositifs et matériaux encore à inventer.

Dans le transformateur nanométrique, les électrons se déplaçant dans une couche métallique attirent les électrons de la seconde couche métallique en utilisant leurs champs électriques locaux. Pour fonctionner sur ce principe, les couches métalliques doivent être isolées électriquement les unes des autres mais séparées de quelques distances interatomiques au maximum, un pas de géant par rapport aux nanotechnologies existantes.

Ces nouvelles structures pourraient ouvrir la voie à une nouvelle gamme de dispositifs électroniques et photoniques complexes et détaillés qu'aucun autre matériau existant ne pourrait fabriquer, qui comprennent diverses nouvelles architectures pour les transistors et les détecteurs.

Les scientifiques ont utilisé le graphène comme plan conducteur d'un atome d'épaisseur tandis que seulement quatre couches atomiques de nitrure de bore servaient d'isolant électrique.

Les chercheurs ont commencé par extraire des plans atomiques individuels du graphite en vrac et du nitrure de bore en utilisant la même technique qui a conduit au prix Nobel de graphène, une seule couche atomique de carbone. Puis, ils ont utilisé des nanotechnologies avancées pour assembler mécaniquement les cristallites un par un, dans un style Lego, dans un cristal avec la séquence désirée de plans.

Le nano-transformateur a été assemblé par le Dr Roman Gorbachev, de l'Université de Manchester, qui a décrit les compétences requises. Il a déclaré :"Tous les Russes et beaucoup en Occident connaissent le conte de la puce d'acier mécanique.

"Il ne pouvait être vu qu'à travers le microscope le plus puissant, mais il dansait toujours et avait même de minuscules fers à cheval. Notre Lego à l'échelle atomique est peut-être la prochaine étape de l'artisanat".

Le professeur Geim a ajouté :« Les travaux prouvent que des dispositifs complexes dotés de diverses fonctionnalités peuvent être construits plan par plan avec une précision atomique.

"Il existe toute une bibliothèque de matériaux atomiquement minces. En les combinant, il est possible de créer principalement de nouveaux matériaux qui n'existent pas dans la nature. Cette avenue promet de devenir encore plus excitante que le graphène lui-même."