La capacité de moduler les propriétés physiques de l'oxyde de graphène dans les composants électroniques pourrait avoir de nombreuses applications technologiques, Rapport des scientifiques du WPI-MANA

Les feuilles d'oxyde de graphène (GO) ultra-résistantes sont utiles pour les ultraminces, dispositifs nano-électroniques flexibles, et présentent des propriétés uniques, notamment la photoluminescence et le ferromagnétisme à température ambiante. Tsuchiya, Terabe et Aono du World Premier International Center for Materials Nanoarchitectonics (WPI-MANA) du Japon développent de nouvelles techniques qui leur permettent d'affiner les propriétés physiques de GO, comme la conductivité, au sein des composants fonctionnels.

La conductivité du GO est inférieure à celle du graphène lui-même en raison de perturbations au sein de sa structure de liaison. Spécifiquement, les atomes de carbone dans GO présentent un flou des niveaux d'énergie appelés hybridations sp2 ou sp3. En GO ordinaire, la liaison au niveau sp2 est perturbée, et en cas de perturbation grave, le GO devient un isolant plutôt qu'un conducteur. GO très réduit (rGO), avec des niveaux d'oxygène inférieurs, a une structure en treillis hexagonale presque parfaite avec des liaisons fortes et une conductivité élevée.

En ajustant les pourcentages des domaines sp2 et sp3 dans GO, Terabe et son équipe ont acquis la capacité d'affiner les bandes interdites et donc de contrôler la conductivité. Les méthodes actuelles de contrôle des bandes interdites dans GO sont basées sur des produits chimiques, cher, et ne peut pas être utilisé dans les composants électroniques eux-mêmes.

Maintenant, l'équipe a réalisé un réglage non volatile des bandes interdites dans le GO multicouche au sein d'un transistor électrique à double couche (EDLT) tout solide. L'EDLT comprenait GO sur un substrat de verre de silice fenêtré par un conducteur protonique en zircone. L'équipe a déclenché une réaction électrochimique réversible de réduction et d'oxydation (redox) à l'interface GO/zircone en appliquant une tension continue. Cela a à son tour provoqué la migration des protons de GO à travers la zircone (voir image). La réaction redox a créé rGO, et a provoqué une multiplication par cinq du courant dans le transistor.

Le rGO a conservé sa conductivité pendant plus d'un mois sans autre application de tension. Par rapport aux transistors à effet de champ, le nouvel EDLT utilise beaucoup moins de tension pour basculer entre les phases marche et arrêt, ce qui signifie qu'il est beaucoup moins cher à utiliser. Cette nouvelle méthode de réglage fin de la conductivité pourrait conduire à un contrôle des propriétés optiques et magnétiques des composants, avec des applications de grande envergure.