Chercheurs de l'Université de technologie Chalmers, Suède, avec des collègues d'autres universités, ont découvert la possibilité de préparer du platine mince à un atome pour une utilisation comme capteur chimique. Les résultats ont été récemment publiés dans la revue scientifique Advanced Material Interfaces.

Un schéma des atomes de platine déposés à la surface de la "couche tampon" de carbone, " qui est un matériau isolant 2-D de type graphène développé par épitaxie sur du carbure de silicium, qui permet la croissance bidimensionnelle du platine.

"En un mot, nous avons réussi à créer une couche de métal d'une épaisseur d'un atome seulement, une sorte de nouveau matériau. Nous avons découvert que ce métal atomiquement mince est super sensible à son environnement chimique. Sa résistance électrique change de manière significative lorsqu'il interagit avec des gaz, " explique Kyung Ho Kim, post-doctorant au Quantum Device Physics Laboratory du Département de Microtechnique et Nanoscience de Chalmers, et auteur principal de l'article.

L'essence de la recherche est le développement de matériaux 2D au-delà du graphène.

"Le platine atomiquement mince pourrait être utile pour la détection électrique ultra-sensible et rapide de produits chimiques. Nous avons étudié le cas du platine en détail, mais d'autres métaux comme le palladium produisent des résultats similaires, " dit Samuel Lara Avila, Professeur agrégé au Quantum Device Physics Laboratory et l'un des auteurs de l'article.

Les chercheurs ont utilisé la capacité sensible de transduction chimique-électrique du platine atomiquement mince pour détecter les gaz toxiques au niveau des parties par milliard. Ils l'ont démontré avec la détection de benzène, un composé cancérigène même à de très faibles concentrations, et pour lequel il n'existe aucun appareil de détection à faible coût.

« Cette nouvelle approche, utilisant des métaux atomiquement minces, est très prometteur pour les futures applications de surveillance de la qualité de l'air, " dit Jens Eriksson, Chef de l'unité de science des capteurs appliqués à l'Université de Linköping et co-auteur de l'article.

L'augmentation de la sensibilité des capteurs de gaz à l'état solide en incorporant des matériaux nanostructurés comme élément de détection actif peut être compliquée par des effets sur les interfaces. Interfaces aux nanoparticules, céréales, ou les contacts peuvent entraîner une réponse courant-tension non linéaire, haute résistance électrique, et ultimement, bruit électrique qui limite la lecture du capteur.

Ce travail rapporte la possibilité de préparer des couches de platine électriquement continues sur une épaisseur d'atome, par dépôt physique en phase vapeur sur la couche à zéro carbone (également appelée couche tampon) épitaxiée sur du carbure de silicium. Avec une fine couche de Pt de 3 à 4 Å, la conductivité électrique du métal est fortement modulée lors de l'interaction avec des analytes chimiques, en raison des frais transférés vers/depuis Pt. La forte interaction avec les espèces chimiques, avec l'évolutivité du matériel, permet la fabrication de dispositifs à résistance chimique pour la lecture électrique d'espèces chimiques avec des limites de détection inférieures à la partie par milliard (ppb). Le système 2-D formé par du Pt atomiquement mince sur la couche de carbone zéro sur SiC ouvre une voie pour une détection chimique résiliente et à haute sensibilité et peut être la voie pour concevoir de nouveaux catalyseurs hétérogènes avec une activité et une sélectivité supérieures.