Quand les chercheurs rêvent d'électronique du futur, ils rêvent plus ou moins de verser des liquides dans un bécher, en les remuant ensemble et en transvasant un ordinateur sur la table. Ce domaine de recherche est connu sous le nom d'électronique moléculaire à auto-assemblage. Mais, faire en sorte que des substances chimiques s'auto-assemblent en composants électroniques est tout aussi compliqué qu'il y paraît. Maintenant, un groupe de chercheurs a publié leur percée dans le domaine. Le groupe est composé d'étudiants de première année en nanosciences de l'Université de Copenhague.
Thomas Just Sørensen, professeur agrégé à l'Université de Copenhague, a dirigé le projet de recherche. Le résultat du groupe a été publié dans la revue internationalement reconnue ChemNanoMat dans un article intitulé, "Matériaux moléculaires auto-assemblés ioniques guidés par modèle et films minces avec ordre nanoscopique". Sørensen pense que le résultat engendrera de nouvelles avancées :
« C'est un pas en avant clair vers l'électronique à auto-assemblage. En mélangeant des solutions des bonnes substances, nous avons automatiquement construit des structures qui, en principe, auraient pu être des cellules solaires ou des transistors. De plus, c'est qu'ils ont été construits de la même manière que la nature construit des choses telles que les membranes cellulaires, " dit Sørensen.
Les co-auteurs de Sørensens sont tous les étudiants de première année en nanosciences de l'Université de Copenhague. Cet exploit impressionnant est le résultat d'une restructuration du programme des nanosciences en 2010, d'un programme structuré sur un enseignement basé sur la recherche, à celui qui utilise la recherche basée sur l'enseignement. Pour leur première mission, les étudiants ont simplement été invités à concevoir, mener et analyser une série d'expériences. Le nouveau type d'enseignement a perdu des résultats de recherche chaque année depuis. Cependant, ce n'est qu'en 2013 qu'un résultat était prêt à être publié.
"Pour nous en tant qu'université, la grande nouvelle est évidemment que les étudiants de première année ont mené la recherche. Mais, nous avons également obtenu un résultat très significatif en électronique moléculaire, " déclare Thomas Just Sørensen.
L'électronique est normalement produite de telle manière que l'on "dessine" des composants sur une plaquette de silicium, puis supprime tous les bits qui ne font pas partie du composant électronique. C'est ce qu'on appelle la production "top-down". L'électronique moléculaire permet la réalisation de transistors, résistances, écrans LED, cellules solaires et ainsi de suite, en utilisant des méthodes basées sur la chimie. En principe, cela signifie que l'électronique peut devenir plus petite, moins cher et plus flexible, ainsi que respectueux de l'environnement. Mais alors que l'on peut dessiner un circuit intégré sur silicium, les composants moléculaires doivent s'auto-organiser dans les structures correctes. C'est un obstacle majeur au développement de méthodes où les molécules doivent s'associer et s'auto-organiser de manière à pouvoir être retrouvées, selon Sørensen.
"Cela n'aide pas d'avoir un tas de transistors, si vous ne savez pas dans quel sens ils sont tournés. Ceux-ci ne peuvent pas être combinés de manière à les faire fonctionner, et on ne saura pas à quelle extrémité se connecter au courant électrique."
Le secret de cette percée est... Du savon. Les composants moléculaires qui rendent possible l'auto-assemblage électronique sont des agents antifongiques utilisés dans divers désinfectants, crèmes et cosmétiques. Ces nettoyants tuent les champignons en perturbant les structures de leurs membranes cellulaires. Cette même capacité peut être utilisée pour créer de l'ordre parmi les composants moléculaires. Sørensen et ses élèves ont expérimenté en versant un flot de divers savons, savons à vaisselle et lessives ainsi que des substances chimiques de type composant. Les mélanges ont ensuite été versés sur des plaques de verre afin de rechercher si oui ou non les "composants" étaient organisés par les différents agents nettoyants. Et maintenant ils l'ont été, dit Sørensen.
"Notre électronique auto-assemblante est un peu comme mettre des couches de gâteau, crème anglaise et glaçage dans un mélangeur et faire sortir le tout du mélangeur sous forme de gâteau en couches parfaitement formé, " dit Thomas Just Sørensen.
À long terme, ces nouvelles découvertes ouvrent la porte au développement d'installations solaires puissantes et économiques, ainsi que des technologies d'écran améliorées. Cela étant dit, les molécules utilisées dans le programme de nanosciences n'avaient aucune fonctionnalité électronique. "S'ils l'ont fait, nous aurions été sur la couverture de Science au lieu de dans un ChemNanoMat article, " dit Just Sørensen. Quoi qu'il en soit, il reste confiant.
"Nous avons pu obtenir une structure simplement en mélangeant les bonnes substances. Même les substances aléatoires ont pu bien s'organiser et se superposer, de sorte que nous avons maintenant un contrôle complet sur l'emplacement des molécules, et dans quelle direction ils sont orientés. L'étape suivante consiste à incorporer des fonctionnalités dans les couches, " déclare le professeur agrégé Sørensen. Il est convaincu que le prochain lot de défis constituera des missions parfaites pour les nombreuses années d'étudiants en nanosciences à venir, et que comme leurs pairs actuels, ces étudiants auront également la possibilité de publier pendant leur première année d'études.
