Caractéristiques électriques des matériaux hybrides graphène-azobenzène.(a) Schéma du dispositif à deux bornes. (b) Modulation de courant réversible en réponse à l'irradiation du dispositif avec différentes longueurs d'onde (cycles d'UV et de lumière visible). (c) Schéma de la structure hybride graphène-azobenzène lorsqu'elle est exposée à des cycles de lumière UV et visible.
Imaginez un monde où vous pouvez adapter les propriétés du graphène pour obtenir le résultat que vous désirez. En combinant ses propriétés uniques avec la précision de la chimie moléculaire, les scientifiques du Graphene Flagship ont fait les premiers pas dans cette direction. Dans leur article publié le 7 avril dans Communication Nature un groupe international de scientifiques phares montre comment il est possible de créer des dispositifs à base de graphène sensibles à la lumière, ouvrant la voie à de nombreuses applications, notamment les capteurs photo et même les mémoires contrôlables optiquement.
Le Graphene Flagship est une initiative européenne qui promeut une approche collaborative de la recherche dans le but d'aider à traduire le graphène et les matériaux associés du laboratoire, par l'industrie et dans la société. Le caractère pluridisciplinaire des travaux publiés dans cet article, qui était dirigée par le Prof. Paolo Samorì de l'Université de Strasbourg et du CNRS en France, a été facilitée par le Flagship et son approche collaborative, en particulier avec le professeur Andrea Ferrari du Cambridge Graphene Centre. Comme l'explique le professeur Samorì, « exceller dans la recherche interdisciplinaire nécessite un effort conjoint d'une cohorte de groupes exceptionnels aux compétences complémentaires, et le projet EC Graphene Flagship est la plate-forme idéale pour y parvenir."
L'ouvrage montre comment, en combinant des molécules capables de changer de conformation sous l'effet d'une irradiation lumineuse avec de la poudre de graphite, on peut produire des encres concentrées au graphène par exfoliation en phase liquide. Ces encres au graphène peuvent ensuite être utilisées pour fabriquer des dispositifs qui, lorsqu'il est exposé aux UV et à la lumière visible, sont capables de photo-commuter le courant de manière réversible.
L'article démontre l'idée passionnante de combiner le graphène avec un commutateur moléculaire photochromique. Ici, les chercheurs ont découvert qu'une molécule idéale est le 4-(décyloxy)azobenzène. Cet azobenzène substitué par alcoxy disponible dans le commerce a une grande affinité pour le plan basal du graphène, empêchant ainsi l'empilement entre les flocons. Lorsqu'elle est exposée à la lumière UV, cette molécule d'azobenzène passe de l'isomère trans à l'isomère cis (l'isomère cis étant considérablement plus volumineux que la forme trans). Ce qui est important pour les commutateurs moléculaires, ce processus est entièrement réversible par la simple exposition de l'échantillon à la lumière blanche.
En déposant l'encre hybride graphène-azobenzène sur un substrat de SiO2 à motifs d'électrodes en or, les auteurs ont réalisé un commutateur moléculaire modulé par la lumière. Parce que l'isomérisation trans à cis est totalement réversible par la simple application de lumière blanche, ce commutateur moléculaire est également entièrement réversible, ce qui est un facteur très important pour créer des mémoires à commande optique.
"Ce document donne essentiellement une télécommande supplémentaire à un appareil électrique à base de graphène simplement par l'exposition à la lumière à des longueurs d'onde spécifiques." déclare le professeur Samorì "C'est la première étape vers le développement de matériaux multi-composants à base de graphène et leur utilisation pour la fabrication de dispositifs multifonctionnels - si vous imaginez une structure multicouche de type sandwich avec des feuilles de graphène séparées par plusieurs couches, chacune intégrant un composant moléculaire fonctionnel différent.Chaque composant fonctionnel confère donc un nouveau caractère sensible aux stimuli au matériau qui peut répondre à différentes entrées indépendantes comme la lumière, champ magnétique, stimulations électrochimiques, etc, menant à un nanocomposite à base de graphène multi-réactif."
"Le Graphene Flagship a toujours porté sur la combinaison de graphène et d'autres matériaux pour former de nouvelles structures hybrides, " a déclaré le professeur Ferrari, qui est également le président du Panel de gestion phare. « Ce travail est une démonstration de principe intéressante de ce concept et du caractère transdisciplinaire de la Recherche Flagship :Chimie, La physique, Ingénierie, Sciences fondamentales et optique, se réunissent sous l'égide de Flagship pour développer de nouveaux concepts d'appareils passionnants."