Le silicium—le brillant, le métal fragile couramment utilisé pour fabriquer des semi-conducteurs est un ingrédient essentiel de l'électronique moderne. Mais comme les appareils électroniques sont devenus de plus en plus petits, créer de minuscules composants en silicium qui s'intègrent à l'intérieur est devenu plus difficile et plus coûteux.

Maintenant, Les chimistes de l'UCLA ont développé une nouvelle méthode pour produire des nanorubans de graphène, structures de nouvelle génération qui, selon de nombreux scientifiques, alimenteront un jour les appareils électroniques.

Cette recherche est publiée en ligne dans le Journal de l'American Chemical Society .

Les nanorubans sont des bandes extrêmement étroites de graphène, la largeur de quelques atomes de carbone. Ils sont utiles parce qu'ils possèdent une bande interdite, ce qui signifie que les électrons doivent être "poussés" pour les traverser afin de créer un courant électrique, dit Yves Rubin, professeur de chimie à l'UCLA College et auteur principal de la recherche.

"Un matériau qui n'a pas de bande interdite laisse passer les électrons sans entrave et ne peut pas être utilisé pour construire des circuits logiques, " il a dit.

Rubin et son équipe de recherche ont construit des nanorubans de graphène molécule par molécule en utilisant une réaction simple basée sur la lumière ultraviolette et l'exposition à une chaleur de 600 degrés.

"Personne d'autre n'a été capable de faire ça, mais ce sera important si l'on veut construire ces molécules à l'échelle industrielle, " dit Rubin, qui est également membre du California NanoSystems Institute de l'UCLA.

Le processus améliore d'autres méthodes existantes pour créer des nanorubans de graphène, dont l'un consiste à couper des tubes ouverts de graphène appelés nanotubes de carbone. Cette approche particulière est imprécise et produit des rubans de tailles incohérentes - un problème car la valeur de la bande interdite d'un nanoruban dépend de sa largeur, dit Rubin.

Pour créer les nanorubans, les scientifiques ont commencé par faire pousser des cristaux de quatre molécules incolores différentes. Les cristaux ont verrouillé les molécules dans l'orientation parfaite pour réagir, et l'équipe a ensuite utilisé la lumière pour assembler les molécules en polymères, qui sont de grandes structures constituées d'unités répétitives d'atomes de carbone et d'hydrogène.

Les scientifiques ont ensuite placé le brillant, polymères bleu foncé dans un four contenant uniquement de l'argon gazeux et les a chauffés à 600 degrés Celsius. La chaleur a fourni l'énergie nécessaire aux polymères pour former les liaisons finales qui ont donné aux nanorubans leur forme définitive :anneaux hexagonaux composés d'atomes de carbone, et des atomes d'hydrogène le long des bords des rubans.

"Nous sommes essentiellement en train de carboniser les polymères, mais nous le faisons de manière contrôlée, ", a déclaré Rubin.

Le processus, qui a duré environ une heure, ont donné des nanorubans de graphène de seulement huit atomes de carbone de large mais des milliers d'atomes de long. Les scientifiques ont vérifié la structure moléculaire des nanorubans, qui étaient d'un noir profond et brillant, en leur projetant une lumière de différentes longueurs d'onde.

"Nous avons regardé quelles longueurs d'onde de la lumière ont été absorbées, " Rubin a déclaré. "Cela révèle des signatures de la structure et de la composition des rubans."

Les chercheurs ont déposé une demande de brevet pour le procédé.

Rubin a déclaré que l'équipe étudie maintenant comment mieux manipuler les nanorubans, un défi car ils ont tendance à se coller les uns aux autres.

"À l'heure actuelle, ce sont des faisceaux de fibres, " Rubin a déclaré. "La prochaine étape sera en mesure de gérer chaque nanoruban un par un."