Une équipe de scientifiques de la Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) a développé une nouvelle méthode de nettoyage mécanique des surfaces à l'échelle nanométrique. La technique élimine avec succès même les contaminants les plus infimes jusqu'à l'échelle atomique, atteindre un niveau de propreté sans précédent. Les résultats de cette étude dirigée par le professeur Dr. Erdmann Spiecker du Département des sciences des matériaux de la FAU ont maintenant été publiés dans la prestigieuse revue Communication Nature .

Le plus petit balai du monde

L'inspiration pour la technique a été tirée de la vie quotidienne, car le nettoyage avec un balai fonctionne de la même manière. Bien sûr, à l'échelle nanométrique au lieu d'utiliser un balai entier, un seul poil sous la forme d'une très petite pointe métallique est utilisé. Ce « poil » est pressé sur une surface et déplacé d'avant en arrière dans un mouvement de balayage. 'C'est vraiment étonnamment similaire à un balai ordinaire, " dit le professeur Spiecker, Chaire de recherche en micro- et nanostructures. « Un balai enlève les particules libres telles que la poussière ou la chapelure, et ce n'est pas différent à l'échelle nanométrique. Cependant, à petite échelle, le balai n'est pas contrôlé à la main, mais à la place par joystick qui contrôle un petit moteur piézo. De plus, de puissants microscopes électroniques sont utilisés pour surveiller et contrôler le processus de nettoyage en temps réel.

Nettoyer la vitre la plus fine du monde

En nettoyant le graphène, l'équipe a réussi à appliquer sa technique au matériau le plus fin existant, car le graphène est constitué d'une seule couche atomique de carbone. « Un défi majeur était de nettoyer le graphène des deux côtés, similaire au nettoyage d'une vitre, " dit Peter Schweizer, chercheur associé à la Chaire de recherche en micro- et nanostructures, qui a réalisé les délicates expériences avec son collègue Christian Dolle. « Avec nos microscopes électroniques, nous devons toujours regarder à travers le matériel. Autrement, il est impossible de révéler la structure atomique. Le graphène est connu pour sa résistance mécanique. Néanmoins, il est très surprenant qu'une couche monoatomique puisse survivre aux forces mécaniques élevées d'une procédure de nettoyage sans être endommagée. « Quand nous en avons parlé pour la première fois à nos collègues, ils ne nous ont pas cru, " ajoute le professeur Spiecker.

Nano-poussière :rien ne reste propre pour toujours

Disposer de surfaces atomiquement propres a permis aux auteurs de cette étude d'explorer également les origines et les mécanismes de la recontamination à l'échelle nanométrique. Laisser un échantillon nettoyé à l'air libre entraîne une accumulation rapide de poussière à sa surface. «Ce n'est vraiment pas surprenant car nous sommes tous trop familiers avec la poussière qui se dépose dans nos maisons. Il n'y a aucune raison pour que cela soit différent à l'échelle nanométrique, " dit le professeur Spiecker. Outre la contamination aéroportée, l'équipe a également trouvé une prévalence de diffusion de surface lorsqu'un échantillon nettoyé est placé dans un environnement sous vide, un phénomène souvent rencontré dans les expériences scientifiques.

Assemblage moléculaire

Finalement, l'équipe de recherche a utilisé les surfaces atomiquement propres comme base pour l'assemblage ciblé d'une couche atomiquement mince à partir de blocs de construction moléculaires. Des molécules de porphyrine synthétisées dans le département de chimie ont été appliquées sur les surfaces nettoyées et soudées en place par un faisceau d'électrons à haute puissance. Le résultat était une monocouche de type graphène avec une structure nanocristalline.