En raison de ses propriétés intrigantes, le graphène pourrait être le matériau idéal pour la construction de nouveaux types d'appareils électroniques tels que les capteurs, écrans, ou même des ordinateurs quantiques.

L'une des clés pour exploiter le potentiel du graphène est de pouvoir créer des défauts à l'échelle atomique - où les atomes de carbone dans son plat, la structure en nid d'abeilles est réarrangée ou "assommée" - car elles influencent son électricité, chimique, magnétique, et propriétés mécaniques.

Une équipe dirigée par des scientifiques de l'Université d'Oxford rapporte en Communication Nature une nouvelle approche pour une nouvelle approche de l'ingénierie de la structure atomique du graphène avec une précision sans précédent.

« Les approches actuelles pour produire des défauts dans le graphène sont soit comme un « fusil de chasse », où l'ensemble de l'échantillon est pulvérisé avec des ions à haute énergie ou des électrons pour provoquer des défauts généralisés, ou une approche chimique où de nombreuses régions du graphène réagissent chimiquement, " a déclaré Jamie Warner du département des matériaux de l'Université d'Oxford, un membre de l'équipe.

« Les deux méthodes manquent de toute forme de contrôle en termes de précision spatiale et également de type de défaut, mais à ce jour, ce sont les seules méthodes signalées connues pour la création de défauts.'

La nouvelle méthode remplace le « fusil de chasse » par quelque chose qui ressemble davantage à un fusil de sniper :un faisceau d'électrons minutieusement contrôlé tiré d'un microscope électronique.

« L'approche du fusil de chasse est limitée à une précision à l'échelle du micron, qui est à peu près une aire de 10, 000, 000 nanomètres carrés, nous avons démontré une précision à 100 nanomètres carrés près, ce qui est environ quatre ordres de grandeur mieux, ' explique Alex Robertson du Département des matériaux de l'Université d'Oxford, un autre membre de l'équipe.

Pourtant, il ne s'agit pas seulement de la précision d'un seul « coup »; les chercheurs montrent également qu'en contrôlant la durée d'exposition du graphène à leur faisceau d'électrons focalisé, ils peuvent contrôler la taille et le type de défaut créé.

«Notre étude révèle pour la première fois que seuls quelques types de défauts sont réellement stables dans le graphène, avec plusieurs défauts éteints par des atomes de surface ou relâchés à l'état vierge par des rotations de liaisons, ' Jamie me dit.

La capacité de créer le bon type de défauts stables dans la structure cristalline du graphène sera vitale si ses propriétés doivent être exploitées pour des applications telles que les téléphones portables et les écrans flexibles.

« Les sites défectueux dans le graphène sont beaucoup plus réactifs chimiquement, on peut donc utiliser les défauts comme site de fonctionnalisation chimique du graphène. On peut donc attacher certaines molécules, comme les biomolécules, au graphène pour agir comme un capteur, ' me dit Alex.

« Les défauts du graphène peuvent également donner lieu à un spin électronique localisé, un attribut qui a une utilisation future importante dans la nanotechnologie quantique et les ordinateurs quantiques.'

À l'heure actuelle, la mise à l'échelle de la technique de l'équipe en un processus de fabrication pour créer des technologies à base de graphène est encore loin. Actuellement, les microscopes électroniques sont les seuls systèmes capables d'obtenir le contrôle précis nécessaire d'un faisceau d'électrons.

Mais, Alex dit, il est toujours possible qu'une technique de type lithographie par faisceau d'électrons évolutive puisse être développée à l'avenir qui pourrait permettre la structuration des défauts dans le graphène.

Et il ne faut pas oublier qu'il n'y a pas si longtemps, la technologie nécessaire pour graver des millions de transistors sur une minuscule tranche de silicium semblait être un rêve impossible.