Les fullerènes sont composés de 60 atomes de carbone réunis en anneaux hexagonaux pour former une sphère qui ressemble à un ballon de football. Les fullerènes sont d'un grand intérêt pour les scientifiques des matériaux car leurs propriétés électroniques intéressantes les rendent attrayants pour une utilisation dans l'électronique de pointe et la nanotechnologie.

Les propriétés électroniques du fullerène peuvent être modifiées par dopage avec d'autres éléments sans altérer sa forme en ballon de football. En particulier, sels de fullerène dopé aux ions lithium, qui est noté Li+@C 60 , ont été synthétisés à haut rendement, et la structure de Li+@C 60 a été déterminé. Li+@C 60 les sels ont été utilisés dans les cellules solaires et les commutateurs moléculaires avec des résultats prometteurs.

Pour optimiser les performances du Li+@C 60 dans des applications telles que le photovoltaïque et les appareils de commutation, il est important de bien comprendre ses propriétés électroniques. Une collaboration de recherche internationale dirigée par l'Université de Tsukuba a récemment élargi les connaissances sur Li+@C 60 par imagerie Li+@C simple 60 molécules par microscopie à effet tunnel (STM). STM peut imager des matériaux avec une résolution au niveau moléculaire et fournir des informations sur la structure électronique de molécules individuelles. Les résultats ont été publiés dans la revue Carbone .

"Nous avons fabriqué un échantillon en couche mince adapté au STM par évaporation sous vide d'un Li+@C 60 sel sur un substrat de cuivre, ", explique le co-auteur de l'étude Seiji Sakai. "Notre examen de microscopie ultérieur a révélé que bien que certains ions lithium se soient échappés pendant le processus d'évaporation, l'échantillon contenait du Li+@C 60 molécules sur le substrat de cuivre."

Les images de microscopie ont révélé un mélange de Li+@C 60 et des molécules de fullerène non dopées à la surface du cuivre. Les deux types de molécules étaient orientés de la même manière mais présentaient des hauteurs et une structure électronique différentes, permettant de les différencier. L'équipe a donné plus de poids à ses découvertes expérimentales en effectuant des calculs de théorie fonctionnelle de la densité pour générer des images de microscopie à effet tunnel simulé. Les images de microscopie mesurées expérimentalement et simulées concordaient bien dans l'ensemble.

« Notre étude confirme la structure électronique du fullerène dopé au lithium, ", déclare l'auteur principal Yoichi Yamada. "Ces connaissances aideront notre capacité à moduler la structure électronique des fullerènes pour optimiser leurs performances dans les dispositifs optoélectroniques et de commutation."

L'imagerie et la confirmation de la structure électronique du Li+@C 60 représentent des étapes importantes vers des applications avancées de matériaux organiques, car ils devraient contribuer à contrôler les propriétés d'injection et de transport des porteurs des fullerènes.