Caractérisé pour la première fois en 2004, Le graphène est un matériau bidimensionnel aux propriétés extraordinaires. L'épaisseur d'un seul atome de carbone, et des centaines de fois plus rapide à conduire la chaleur et la charge que le silicium, le graphène devrait révolutionner les transistors à grande vitesse dans un avenir proche.

Les propriétés électroniques et magnétiques exotiques du graphène peuvent être adaptées en découpant de grandes feuilles du matériau en rubans de longueurs et de configurations de bord spécifiques - les scientifiques ont émis l'hypothèse que les nanorubans avec des bords en zigzag sont les plus magnétiques, ce qui les rend adaptés aux applications de spintronique. (Dispositifs de spintronique, contrairement à l'électronique classique, utiliser les spins des électrons plutôt que leur charge.)

Mais cette approche de fabrication "top-down" n'est pas encore pratique, car les techniques lithographiques actuelles pour la confection des rubans produisent toujours des défauts.

Maintenant, des scientifiques de l'UCLA et de l'Université du Tohoku ont découvert une nouvelle méthode d'auto-assemblage pour produire des nanorubans de graphène sans défaut avec des régions périodiques en zigzag. Dans cette technique "bottom-up", les chercheurs utilisent les propriétés uniques d'un substrat de cuivre pour modifier la façon dont les molécules précurseurs réagissent les unes aux autres lorsqu'elles s'assemblent en nanorubans de graphène. Cela permet aux scientifiques de contrôler la longueur des nanorubans, configuration des bords et emplacement sur le substrat.

Cette nouvelle méthode de fabrication de graphène par auto-assemblage est un tremplin vers la production de dispositifs de graphène auto-assemblés qui amélioreront considérablement les performances des circuits de stockage de données, piles et électronique.

Paul Weiss, professeur distingué de chimie et de biochimie et membre du California NanoSystems Institute de l'UCLA, développé la méthode de fabrication des nanorubans avec Patrick Han et Taro Hitosugi, professeurs à l'Institut avancé de recherche sur les matériaux de l'Université du Tohoku à Sendai, Japon, dont Weiss est également membre. L'étude a été publiée récemment dans la revue ACS Nano .

"Pour fabriquer des appareils en graphène, nous devons maîtriser ses structures géométriques et électroniques, " Weiss a dit. " Faire des bords en zigzag fait les deux simultanément, car il existe des propriétés spéciales des nanorubans de graphène avec des bords en zigzag. Les avoir en main nous permettra de tester les prédictions théoriques à leur sujet, telles que les propriétés magnétiques.

D'autres méthodes ascendantes de fabrication de graphène ont été tentées, mais ils ont produit des paquets de rubans qui doivent ensuite être isolés et positionnés pour être utilisés dans des dispositifs.

"Les stratégies précédentes dans les assemblages moléculaires bottom-up utilisaient des substrats inertes, comme l'or ou l'argent, donner aux molécules une grande liberté de diffusion et de réaction en surface, " dit Han. " Mais cela signifie aussi que la façon dont ces molécules s'assemblent est complètement déterminée par les forces intermoléculaires et par la chimie moléculaire. Notre méthode ouvre la possibilité d'auto-assembler des dispositifs à graphène unique aux emplacements souhaités, à cause de la longueur et du contrôle de la direction."