Les nanotubes de carbone destinés à l'électronique doivent non seulement être aussi propres que possible pour maximiser leur utilité dans les dispositifs nanométriques de nouvelle génération, mais les effets de contact peuvent limiter la taille d'un nano-dispositif, selon des chercheurs de l'Energy Safety Research Institute (ESRI) de l'Université de Swansea en collaboration avec des chercheurs de l'Université Rice.

Directeur d'ESRI Andrew Barron, également professeur à la Rice University aux États-Unis, et son équipe ont trouvé comment obtenir des nanotubes suffisamment propres pour obtenir des mesures électroniques reproductibles et, ce faisant, ont non seulement expliqué pourquoi les propriétés électriques des nanotubes ont toujours été si difficiles à mesurer de manière cohérente, mais ont montré qu'il peut y avoir une limite à la façon dont les futurs appareils électroniques "nano" peuvent utiliser des nanotubes de carbone.

Comme tout fil normal, les nanotubes semi-conducteurs sont progressivement plus résistants au courant sur toute leur longueur. Mais les mesures de conductivité des nanotubes au fil des ans ont été tout sauf cohérentes. L'équipe ESRI voulait savoir pourquoi.

"Nous nous intéressons à la création de conducteurs à base de nanotubes, et bien que les gens aient été capables de fabriquer des fils, leur conduction n'a pas répondu aux attentes. Nous étions intéressés à déterminer l'application de base derrière la variabilité observée par d'autres chercheurs. »

Ils ont découvert que les contaminants difficiles à éliminer (les restes de catalyseur de fer, le carbone et l'eau - pourraient facilement fausser les résultats des tests de conductivité. Les brûler, Barron a dit, crée de nouvelles possibilités pour les nanotubes de carbone dans l'électronique à l'échelle nanométrique.

La nouvelle étude paraît dans la revue American Chemical Society Lettres nano .

Les chercheurs ont d'abord fabriqué des nanotubes de carbone multiparois entre 40 et 200 nanomètres de diamètre et jusqu'à 30 microns de long. Ils ont ensuite soit chauffé les nanotubes sous vide, soit les ont bombardés d'ions d'argon pour nettoyer leurs surfaces.

Ils ont testé des nanotubes individuels de la même manière que l'on testerait n'importe quel conducteur électrique :en les touchant avec deux sondes pour voir combien de courant traverse le matériau d'une pointe à l'autre. Dans ce cas, leurs sondes en tungstène étaient fixées à un microscope à effet tunnel.

Dans des nanotubes propres, la résistance est devenue progressivement plus forte à mesure que la distance augmentait, Comme il se doit. Mais les résultats ont été faussés lorsque les sondes ont rencontré des contaminants de surface, ce qui a augmenté l'intensité du champ électrique à la pointe. Et lorsque les mesures ont été prises à moins de 4 microns les unes des autres, les régions de conductivité appauvrie causées par les contaminants se chevauchent, brouiller davantage les résultats.

"Nous pensons que c'est la raison pour laquelle il y a une telle incohérence dans la littérature, " dit Barron.

« Si les nanotubes doivent être la prochaine génération de conducteurs légers, puis des résultats cohérents, lot à lot, et échantillon à échantillon, est nécessaire pour les appareils tels que les moteurs et les générateurs ainsi que les systèmes d'alimentation."

Le recuit des nanotubes sous vide au-dessus de 200 degrés Celsius (392 degrés Fahrenheit) a réduit la contamination de surface, mais pas assez pour éliminer les résultats incohérents, ils ont trouvé. Le bombardement d'ions d'argon a également nettoyé les tubes, mais conduit à une augmentation des défauts qui dégradent la conductivité.

En fin de compte, ils ont découvert que les nanotubes de recuit sous vide à 500 degrés Celsius (932 Fahrenheit) réduisaient suffisamment la contamination pour mesurer avec précision la résistance, ils ont rapporté.

Jusqu'à maintenant, Barron a dit, les ingénieurs qui utilisent des fibres ou des films de nanotubes dans des dispositifs modifient le matériau par dopage ou par d'autres moyens pour obtenir les propriétés conductrices dont ils ont besoin. Mais si les nanotubes sources sont suffisamment décontaminés, ils devraient pouvoir obtenir la bonne conductivité en plaçant simplement leurs contacts au bon endroit.

"Un résultat clé de notre travail était que si les contacts sur un nanotube sont espacés de moins de 1 micron, les propriétés électroniques du nanotube passent du conducteur au semi-conducteur, en raison de la présence de zones d'épuisement qui se chevauchent », a déclaré Barron, "Cela a un facteur limitant potentiel sur la taille des dispositifs électroniques à base de nanotubes - cela limiterait l'application de la loi de Moore aux dispositifs à nanotubes."