Des physiciens de l'Université de Bâle parviennent à synthétiser des nanorubans de graphène dopé au bore et à caractériser leur structure, propriétés électroniques et chimiques. Le matériau modifié pourrait potentiellement être utilisé comme capteur pour les oxydes d'azote nocifs pour l'environnement, les scientifiques rapportent dans le dernier numéro de Communication Nature .

Le graphène est l'un des matériaux les plus prometteurs pour l'amélioration des appareils électroniques. La feuille de carbone bidimensionnelle présente une mobilité électronique élevée et, par conséquent, une excellente conductivité. Outre les semi-conducteurs habituels, le matériau n'a pas ce que l'on appelle la bande interdite, une gamme d'énergie dans un solide où aucun état électronique ne peut exister. Par conséquent, cela évite une situation dans laquelle l'appareil est éteint électroniquement. Cependant, afin de fabriquer des interrupteurs électroniques efficaces à partir de graphène, il est nécessaire que le matériel puisse être allumé et éteint.

La solution à ce problème réside dans la coupe de la feuille de graphène en une forme de ruban, nommé nanoruban de graphène (GNR). De ce fait, il peut être modifié pour avoir une bande interdite dont la valeur dépend de la largeur de la forme.

Synthèse sur surface d'or

Pour régler la bande interdite afin que les nanorubans de graphène agissent comme un semi-conducteur de silicium bien établi, les rubans sont dopés. À cette fin, les chercheurs introduisent intentionnellement des impuretés dans le matériau pur dans le but de moduler ses propriétés électriques. Alors que le dopage à l'azote a été réalisé, le dopage au bore est resté inexploré. Ensuite, les propriétés électroniques et chimiques sont restées floues jusqu'à présent.

Dr. Ernst Meyer et Dr. Shigeki Kawai du Département de physique de l'Université de Bâle, assistés par des chercheurs des universités japonaises et finlandaises, ont réussi à synthétiser des nanorubans de graphène dopé au bore avec différentes largeurs. Ils ont utilisé une réaction chimique en surface avec une molécule précurseur nouvellement synthétisée sur une surface d'or atomiquement propre. Les structures chimiques ont été directement résolues par microscopie à force atomique de pointe à basse température.

Vers un capteur d'oxyde d'azote

Le site dopé de l'atome de bore a été confirmé sans ambiguïté et son taux de dopage - le nombre d'atomes de bore par rapport au nombre total d'atomes dans le nanoruban - était de 4,8 pour cent atomique. En dosant du monoxyde d'azote, la propriété chimique connue sous le nom d'acidité de Lewis pourrait également être confirmée.

Le gaz d'oxyde nitrique dopé a été adsorbé de manière hautement sélective sur le site de bore. Cette mesure indique que le nanoruban de graphène dopé au bore peut être utilisé pour un capteur de gaz ultra-sensible pour les oxydes d'azote, qui sont actuellement un sujet brûlant dans l'industrie car ils sont très nocifs pour l'environnement.