Des chercheurs ont découvert comment contrôler les molécules attachées au graphène, ouvrant la voie à de minuscules capteurs et dispositifs biologiques pour contenir des informations.

Le graphène est un matériau constitué d'une seule feuille d'atomes de carbone disposés en nid d'abeille. En raison de sa conductivité électrique unique, le graphène a le potentiel de servir de base à des appareils électroniques qui ne mesurent que des nanomètres (milliardièmes de mètre).

Afin de régler les feuilles de graphène pour qu'elles soient utiles dans différentes situations, d'autres molécules organiques sont attachées à la feuille, et ces molécules doivent interagir avec la feuille de graphène de manière prévisible.

Par exemple, si la charge électrique des molécules pouvait être contrôlée, ils pourraient alors être utilisés comme « commutateurs » moléculaires. Les commutateurs sont importants dans les appareils électroniques qui stockent des informations, tels que les disques durs, où la séquence de positions « marche » ou « arrêt » du commutateur code des informations, de la même manière que les 1 et les 0 de l'information numérique.

Les chercheurs ont expérimenté des molécules uniques sur des feuilles de graphène, mais il a été difficile d'interpréter les résultats et donc de concevoir des dispositifs qui tirent parti des interactions entre les feuillets et les molécules.

Maintenant, une équipe dirigée par le professeur Mike Crommie de l'Université de Californie, Berkeley et des chercheurs de l'Imperial College de Londres ont découvert comment contrôler une propriété - l'état de charge - des molécules organiques individuelles attachées aux feuilles de graphène.

Leurs résultats sont publiés aujourd'hui dans la revue Communication Nature .

Interrupteur ultra-petit

L'équipe a placé une molécule de tétrafluorotétracyanoquinodiméthane (F4-TCNQ) sur une feuille de graphène et a augmenté la densité électronique du graphène à l'aide d'un champ électrique. En utilisant des techniques appelées spectroscopie à effet tunnel et microscopie à force atomique, ils ont découvert que le graphène donne une partie de ses électrons à la molécule organique F4-TCNQ, changer son état de charge de manière prévisible.

Cette idée pourrait permettre aux scientifiques de concevoir de minuscules dispositifs électroniques à base de graphène. Dr Johannes Lischner, du Département des matériaux de l'Impériale, aidé à développer une partie de la théorie derrière le système. Il a dit :« Une molécule avec un état de charge contrôlable peut agir comme un interrupteur ultra-petit, qui est un élément fondamental des appareils électroniques.

"Un tel commutateur pourrait être utilisé pour stocker des informations, de la même manière que la mémoire flash utilisée dans les clés USB. Alternativement, dans un capteur biologique, vous pourriez théoriquement utiliser des molécules commutables pour aider à détecter la présence d'autres molécules, comme les cellules cancéreuses."

L'équipe étend maintenant sa méthode pour étudier des paires de molécules et des assemblages de petits nombres de molécules sur des feuilles de graphène, ainsi que de chercher des moyens d'ancrer des molécules uniques au graphène afin de simplifier la fabrication de nouveaux dispositifs.