Les physiciens théoriciens de l'Université Rice vivent à la limite alors qu'ils étudient les propriétés étonnantes du graphène. Dans une nouvelle étude, ils découvrent comment les chercheurs peuvent fracturer des nanorubans de graphène pour obtenir les bords dont ils ont besoin pour les applications.

De nouvelles recherches menées par le physicien de Rice Boris Yakobson et ses collègues montrent qu'il devrait être possible de contrôler les propriétés de bord des nanorubans de graphène en contrôlant les conditions dans lesquelles les nanorubans sont séparés.

La façon dont les atomes s'alignent le long du bord d'un ruban de graphène - la forme de carbone de l'épaisseur d'un atome - détermine s'il est métallique ou semi-conducteur. Le courant traverse le graphène métallique sans entrave, mais les semi-conducteurs permettent une mesure de contrôle sur ces électrons.

Étant donné que l'électronique moderne est tout au sujet du contrôle, le graphène semi-conducteur (et les matériaux semi-conducteurs bidimensionnels en général) sont d'un grand intérêt pour les scientifiques et l'industrie travaillant à réduire l'électronique pour des applications.

Dans le travail, paru ce mois-ci dans le journal de la Royal Society of Chemistry Nanoéchelle , l'équipe Rice a utilisé une modélisation informatique sophistiquée pour montrer qu'il est possible de déchirer des nanorubans et d'obtenir du graphène avec des bords en zigzag vierges ou ce que l'on appelle des zigzags reconstruits.

Le graphène parfait ressemble à du grillage, avec chaque unité de six atomes formant un hexagone. Les bords des zigzags vierges ressemblent à ceci :////////. Tourner les hexagones de 30 degrés rend les bords « fauteuils, " avec des sommets et des fonds plats maintenus ensemble par les diagonales. Les propriétés électroniques des bords sont connues pour varier du métal au semi-conducteur, selon la largeur du ruban.

"Reconstruit" fait référence au processus par lequel les atomes du graphène sont incités à se déplacer pour former des anneaux connectés de cinq et sept atomes. Les calculs de Rice ont déterminé que les zigzags reconstruits sont les plus stables, une qualité souhaitable pour les fabricants.

C'est super tout ça, mais encore faut-il savoir les faire.

« Rendre les nanodispositifs à base de graphène par fracture mécanique semble attrayant, mais cela n'aurait aucun sens tant que nous ne saurons pas comment obtenir les bons types de bords - et maintenant nous le faisons, " a déclaré ZiAng Zhang, un étudiant diplômé de Rice et l'auteur principal de l'article.

Yakobson, Alex Kutana, chercheur postdoctoral de Zhang et Rice, a utilisé la théorie de la fonctionnelle de la densité, une méthode de calcul pour analyser l'apport énergétique de chaque atome dans un système modèle, pour apprendre comment les forces thermodynamiques et mécaniques permettraient d'atteindre l'objectif.

Leur étude a révélé que le chauffage du graphène à 1, 000 kelvins et appliquer une force faible mais constante le long d'un axe le fissurera de telle sorte que 5 à 7 anneaux entièrement reconstruits se formeront et définiront les nouveaux bords. Inversement, la fracturation du graphène avec une faible chaleur et une force élevée est plus susceptible de conduire à des zigzags vierges.