Dans la série télévisée "Mission Impossible, " les instructions pour la mission ont été livrées sur une bande audio qui s'est détruite immédiatement après avoir été jouée. Si jamais cette série devait être relancée, ses producteurs voudront peut-être discuter avec Andrei Fedorov, professeur au Georgia Institute of Technology, de l'utilisation de ses "circuits en voie de disparition" pour transmettre les instructions.

En utilisant des atomes de carbone déposés sur du graphène avec un processus de faisceau d'électrons focalisé, Fedorov et ses collaborateurs ont démontré une technique pour créer des motifs dynamiques sur des surfaces de graphène. Les motifs pourraient être utilisés pour faire des circuits électroniques reconfigurables, qui évoluent sur une période de quelques heures avant de finalement disparaître dans un nouvel état électronique du graphène. Le graphène est également composé d'atomes de carbone, mais sous une forme très ordonnée.

Rapporté dans le journal Nanoéchelle , la recherche a été principalement soutenue par le U.S. Department of Energy Office of Science, et impliqué la collaboration avec des chercheurs de l'Air Force Research Laboratory (AFRL), soutenu par le Bureau de la recherche scientifique de la Force aérienne. Au-delà de permettre la fabrication de circuits en voie de disparition, la technologie pourrait être utilisée comme une forme de libération programmée dans laquelle la dissipation des motifs de carbone pourrait contrôler d'autres processus, comme la libération de biomolécules.

« On va désormais pouvoir dessiner des circuits électroniques qui évoluent dans le temps, " a déclaré Andreï Fedorov, professeur à la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering de Georgia Tech. "Vous pourriez concevoir un circuit qui fonctionne à sens unique maintenant, mais après avoir attendu un jour que le carbone diffuse sur la surface du graphène, vous n'auriez plus d'appareil électronique. Aujourd'hui, l'appareil ferait une chose; demain, il ferait quelque chose de complètement différent."

Le projet a commencé comme un moyen de nettoyer les hydrocarbures contaminant la surface du graphène. Mais les chercheurs ont vite compris qu'ils pouvaient l'utiliser pour créer des motifs, en utilisant le carbone amorphe produit par "écriture" par faisceau d'électrons comme dopant pour créer des sections de graphène chargées négativement.

Les chercheurs ont d'abord été perplexes de découvrir que leurs modèles nouvellement formés disparaissaient avec le temps. Ils ont utilisé des mesures électroniques et une microscopie à force atomique pour confirmer que les motifs de carbone s'étaient déplacés sur la surface du graphène pour finalement former une couverture uniforme sur toute la surface du graphène. Le changement se produit généralement sur des dizaines d'heures, et convertit finalement les régions de surface chargées positivement (dopées p) en surfaces avec une charge uniformément négative (dopées n) tout en formant un domaine de jonction p-n intermédiaire au cours de cette évolution.

« Les structures électroniques changent continuellement au cours du temps, " expliqua Fedorov. " Cela vous donne un appareil reconfigurable, d'autant plus que notre dépôt de carbone se fait sans films en vrac, mais plutôt un faisceau d'électrons qui est utilisé pour dessiner là où vous voulez qu'un domaine dopé négativement existe."

Le graphène est constitué d'atomes de carbone disposés en un réseau serré. La structure unique offre des propriétés électroniques attrayantes qui ont conduit à une étude généralisée du graphène en tant que nouveau matériau potentiel pour les applications électroniques avancées.

Mais le graphène est toujours constitué d'atomes de carbone, et lorsque des motifs sont déposés sur la surface avec des atomes de carbone ordinaires, ils commencent à migrer lentement sur la surface du graphène. La vitesse à laquelle les atomes se déplacent peut être ajustée en faisant varier la température ou en fabriquant des structures qui dirigent le mouvement des atomes. Les atomes de carbone peuvent également être "gelés" en un motif fixe en utilisant un laser pour les convertir en graphite - une autre forme de carbone.

"Il y a plusieurs façons de moduler l'état dynamique, en changeant la température car cela contrôle le taux de diffusion du carbone, en dirigeant le flux atomique, soit en changeant la phase carbonée, " Fedorov a déclaré. "Le carbone déposé par le processus de dépôt induit par faisceau d'électrons focalisés (FEBID) est lié au graphène de manière très lâche par le biais d'interactions de van der Waals, donc c'est mobile."

Au-delà des applications potentielles de sécurité pour les circuits en voie de disparition, Fedorov voit la possibilité de mécanismes de contrôle simplifiés qui utiliseraient les modèles de diffusion pour désactiver les processus à des intervalles prédéfinis. La technique peut également être utilisée pour chronométrer la libération de produits pharmaceutiques ou d'autres processus biomédicaux.

"Vous pourriez écrire des informations en uns et en zéros avec le faisceau d'électrons, utiliser l'appareil pour transférer des informations, et puis deux heures plus tard l'information aura disparu, " dit-il. " Au lieu de s'appuyer sur des algorithmes de contrôle complexes qu'un microprocesseur doit exécuter, en changeant l'état dynamique ou le système électronique lui-même, votre programme pourrait devenir très simple. Peut-être qu'il pourrait y avoir certains activés, déclenché des processus qui pourraient bénéficier de ce type de comportement dans lequel l'état électronique change continuellement au fil du temps.

Fedorov et ses collaborateurs n'ont jusqu'à présent montré que la capacité de créer des motifs simples de domaines chargés dans le graphène. Leur prochaine étape consistera à utiliser leurs jonctions p-n pour créer des dispositifs qui fonctionneraient pendant des périodes spécifiques.

Fedorov admet que cette structuration dynamique du carbone pourrait constituer un défi pour les ingénieurs électriciens habitués aux appareils statiques qui remplissent les mêmes fonctions jour après jour. Mais il pense que certains trouveront des applications utiles à ce nouveau phénomène.

"Nous avons franchi une étape critique dans la découverte et la compréhension, " at-il dit. " La prochaine étape sera de démontrer une application compliquée et unique qui serait autrement impossible à faire avec un circuit conventionnel. Cela apporterait un tout nouveau niveau d'excitation à cela."