De gauche, le professeur Yohannes Abate discute avec les étudiants diplômés Marquez Howard et Neda Aghamiri de l'équipement utilisé pour l'imagerie et la spectroscopie à l'échelle nanométrique dans son laboratoire. Crédit :Andrew Davis Tucker/UGA, avant mars 2020.
Lorsque nous pensons aux liens avec l'avenir - la transition mondiale vers l'énergie solaire et éolienne, réalité virtuelle tactile ou neurones synthétiques, les grandes idées ne manquent pas. Ce sont les matériaux pour exécuter les grandes idées :la capacité de fabriquer les batteries lithium-ion, l'optoélectronique et les piles à combustible à hydrogène, qui se situent entre le concept et la réalité.
Entrez les matériaux en deux dimensions, la dernière étape de l'innovation. Constitué d'une seule couche d'atomes, les matériaux bidimensionnels comme le graphène et le phosphorène présentent de nouvelles propriétés avec un potentiel de grande envergure. Avec une capacité à être combiné comme des briques Lego, ces matériaux offrent des connexions aux futurs produits, y compris de nouveaux moyens de transmettre à la fois le pouvoir et les gens, avec une transmission d'énergie plus efficace, et les véhicules à énergie solaire et éolienne sur les routes et dans le ciel.
Une étude menée par des chercheurs de l'Université de Géorgie annonce l'utilisation réussie d'une nouvelle technique de nano-imagerie qui permettra aux chercheurs de tester et d'identifier ces matériaux de manière globale à l'échelle nanométrique pour la première fois. Maintenant, il existe un moyen d'expérimenter de nouveaux matériaux pour nos grandes idées à un niveau vraiment, vraiment à petite échelle.
"Science fondamentale - conductivité électrique à petite échelle, émission lumineuse, changements structurels — se produisent à l'échelle nanométrique, " dit Yohannes Abate, Susan Dasher et Charles Dasher MD Professeur de physique au Franklin College of Arts and Sciences et auteur principal du nouvel article. "Ce nouvel outil nous permet de visualiser tout cela combiné avec une spécificité et une résolution sans précédent."
"Comme nous ne pouvons pas voir les atomes avec les méthodes traditionnelles, il fallait inventer de nouveaux outils pour les visualiser, " dit-il. La technique d'imagerie hyperspectrale permet aux scientifiques d'inspecter les propriétés électriques, propriétés optiques, et les propriétés mécaniques à l'échelle de longueur fondamentale, simultanément.
Crédit :Université de Géorgie
La recherche en imagerie hyperspectrale est financée par des subventions de l'United States Air Force et de la National Science Foundation. Les chercheurs ont créé une feuille épaisse d'un atome de deux types de semi-conducteurs cousus ensemble, similaire à l'assemblage d'un Lego atomique, avec des propriétés que l'on ne trouve pas dans les matériaux épais traditionnels. Avec des cristaux d'un seul atome d'épaisseur, chaque atome est littéralement exposé à la surface, combinant des propriétés atomiques qui se traduisent par de nouvelles propriétés.
« Au cœur de la science des matériaux se trouve le besoin de comprendre les propriétés fondamentales des nouveaux matériaux, sinon il est impossible de profiter de leurs propriétés uniques, ", a déclaré Abate. "Cette technique nous rapproche un peu plus de la possibilité d'utiliser ces matériaux pour un certain nombre d'applications potentielles."
Ceux-ci incluent diverses formes d'applications électroniques ou de systèmes électroluminescents. Comment vérifier l'effet de très petits changements dans la composition atomique, la conductivité et la réponse à la lumière des matériaux à un seul atome ont été simultanément le défi jusqu'à présent, dit Abate.
Le physicien Richard Feynman, lauréat du prix Nobel, qui envisageait la nanotechnologie dès les années 1960, prédit qu'à mesure que les scientifiques devenaient capables de choisir et de remplacer certains types d'atomes, ils seraient capables de fabriquer pratiquement n'importe quel matériau imaginable.
« Plus d'un demi-siècle plus tard, nous n'en sommes pas encore là, mais où sommes-nous, on peut les visualiser, et à cette échelle, de nouveaux problèmes peuvent survenir et nous devons comprendre ces propriétés dans le cadre de la compréhension des propriétés des matériaux à grande échelle, avant de pouvoir les utiliser, ", a déclaré Abate.
L'article est publié dans la revue ACS Nano .
