Les chimistes travaillent à synthétiser la prochaine génération de supermatériaux pour l'électronique haute performance, cellules solaires, photodétecteurs et ordinateurs quantiques. Alors qu'ils ont fait des progrès avec les matériaux composites, ils n'ont pas encore réussi à développer des matériaux non modifiés ou "autoportants" pour de tels dispositifs, selon une revue publiée dans la revue Science et technologie des matériaux avancés .

Le graphène est un matériau carboné dérivé du graphite, le même type de matériau que l'on trouve dans les crayons, mais il est arrangé dans un réseau en nid d'abeille mince d'un atome. Découvert en 2004, l'arrangement bidimensionnel du graphène lui confère des propriétés "extraordinaires", y compris une résistance extrême et une conductivité électronique « merveilleusement élevée ».

Cependant, le réseau serré n'a pas de bande interdite semi-conductrice, ce qui est essentiel pour les appareils électroniques. Par conséquent, les scientifiques ont recherché des matériaux alternatifs qui ont des bandes interdites, mais ont toujours une structure semblable au graphène.

L'accent a été mis sur les points quantiques de graphène, qui sont de petits segments de graphène, environ 10 à 100 nm d'hexagones de carbone de diamètre et moins de 30 feuillets atomiques d'épaisseur. Pour que les points se comportent davantage comme du graphène 2D, des équipes de recherche ont ajouté d'autres molécules pour modifier la structure et la fonction du matériau.

Par exemple, une équipe a attaché des groupes moléculaires contenant de l'azote à des points quantiques de graphène. Ils ont découvert que différentes combinaisons moléculaires modifiaient la structure électronique de la boîte quantique de manière unique. Cela a changé la couleur de la lumière produite par le matériau lorsqu'il est exposé à l'électricité, ce qui est utile pour les diodes électroluminescentes et les photodétecteurs. Plusieurs équipes ont construit et testé avec succès des photodétecteurs utilisant des points quantiques de graphène. Il a également été démontré que le matériau améliore les performances des cellules solaires à colorant.

Les chercheurs étudient également les analogues au silicium et au germanium du graphène, appelé silicène et germanène, et leurs formes hydrogénées respectives, silicane et germanane. Ils testent comment différentes méthodes et structures de préparation, tels que plusieurs couches et molécules ajoutées, affecter les performances des dispositifs électroniques ou photoniques potentiels.

Alors que le silicène et le germanène n'ont pas été préparés sans molécules ajoutées jusqu'à présent, les matériaux modifiés ressemblent fortement aux matériaux 2D théoriquement prédits. Comprendre les propriétés des matériaux modifiés est un "bon point de départ" pour développer de futurs nanomatériaux, selon les auteurs de l'article.

Finalement, les critiques, dirigé par Hideyuki Nakano de Toyota Central R&D Labs au Japon, sont optimistes quant à la possibilité de développer des dispositifs électroniques et des matériaux de stockage d'énergie à l'aide de ces matériaux dans un proche avenir.