Bouge, silicium. Dans une percée dans la quête de la prochaine génération d'ordinateurs et de matériaux, les chercheurs de l'USC ont résolu un défi de longue date avec les nanotubes de carbone :comment les construire avec des structures atomiques prévisibles.

"Nous résolvons un problème fondamental du nanotube de carbone, " dit Chongwu Zhou, professeur au département de génie électrique Ming Hsieh de l'USC Viterbi School of Engineering et auteur correspondant de l'étude publiée le 23 août dans la revue Lettres nano . "Pour pouvoir contrôler la structure atomique, ou chiralité, de nanotubes a été fondamentalement notre rêve, un rêve dans le domaine des nanotubes."

Si c'est un âge construit sur le silicium, puis le suivant peut être construit sur des nanotubes de carbone, qui se sont montrés prometteurs dans tout, de l'optique au stockage d'énergie en passant par les écrans tactiles. Non seulement les nanotubes sont transparents, mais cette découverte de recherche sur la façon de contrôler la structure atomique des nanotubes ouvrira la voie à des ordinateurs plus petits, plus rapides et plus économes en énergie que ceux qui reposent sur des transistors au silicium.

« Nous travaillons maintenant à étendre le processus, ", a déclaré Zhou. "Notre méthode peut révolutionner le domaine et faire avancer de manière significative les applications réelles des nanotubes dans de nombreux domaines."

Jusqu'à maintenant, les scientifiques ont été incapables de "faire pousser" des nanotubes de carbone avec des attributs spécifiques - disons métalliques plutôt que semi-conducteurs - au lieu de se mélanger, lots aléatoires, puis les trier. Le processus de tri a également raccourci considérablement les nanotubes, rendant le matériau moins pratique pour de nombreuses applications.

Depuis plus de trois ans, l'équipe de l'USC a travaillé sur l'idée d'utiliser ces nanotubes triés courts comme "graines" pour faire croître des nanotubes plus longs, les étendre à haute température pour obtenir la structure atomique souhaitée.

Un article de la même équipe l'an dernier en Communication Nature décrit la technique, et dans le courant Lettres nano papier, les chercheurs rapportent leur dernier grand succès :l'identification des "recettes de croissance" pour construire des nanotubes de carbone avec des structures atomiques spécifiques.

"Nous identifions les mécanismes nécessaires à l'amplification de masse des nanotubes, " a déclaré le co-auteur principal Jia Liu, doctorant en chimie à l'USC Dornsife College of Letters, Arts et Sciences, rappelant le moment où, seul dans une pièce sombre, elle a finalement vu les données spectrales soutenant leur méthode. "C'était mon moment Eurêka."

« Comprendre les comportements de croissance des nanotubes nous permet de produire de plus grandes quantités de nanotubes et de mieux contrôler cette croissance, " elle a continué.

Chaque type défini de nanotube de carbone a une fréquence à laquelle il se dilate et se contracte. Les chercheurs ont montré que les nanotubes nouvellement développés avaient la même structure atomique en faisant correspondre la fréquence Raman.

"C'est un domaine très passionnant, et c'était le problème le plus difficile, " a déclaré le co-auteur principal Bilu Liu, chercheur associé postdoctoral à l'USC Viterbi School of Engineering. "J'ai rencontré le professeur Zhou [auteur principal de l'article] lors d'une conférence et il m'a dit qu'il voulait relever le défi de contrôler la structure atomique des nanotubes. C'est ce qui m'a amené dans son laboratoire, parce que c'était le plus gros défi."

En outre, l'étude a révélé que les nanotubes avec des structures différentes se comportent également très différemment au cours de leur croissance, certaines structures de nanotubes se développant plus rapidement et d'autres plus longtemps dans certaines conditions.

"Auparavant, il était très difficile de contrôler la chiralité, ou structure atomique, de nanotubes, notamment lors de l'utilisation de nanoparticules métalliques, " Bilu Liu a dit. " Les structures peuvent sembler assez similaires, mais les propriétés sont très différentes. Dans cet article, nous décodons la structure atomique des nanotubes et montrons comment contrôler précisément cette structure atomique. »