Les chercheurs du monde entier recherchent de nouveaux matériaux synthétiques dotés de propriétés spéciales telles que la supraconductivité, c'est-à-dire la conduction du courant électrique sans résistance. Ces nouvelles substances constituent une étape importante dans le développement d'une électronique à haut rendement énergétique. Le matériau de départ est souvent une structure en nid d'abeille monocouche d'atomes de carbone (graphène).

Les calculs théoriques prédisent que le composé connu sous le nom de graphène kagome devrait avoir des propriétés complètement différentes du graphène. Le graphène Kagome se compose d'un motif régulier d'hexagones et de triangles équilatéraux qui s'entourent. Le nom kagome vient de l'ancien art japonais du tissage kagome, dans lequel des paniers sont tissés selon le même motif.

Treillis Kagome avec de nouvelles propriétés

Chercheurs du Département de physique et de l'Institut suisse des nanosciences de l'Université de Bâle, en collaboration avec l'Université de Berne, ont maintenant produit et étudié le graphène kagome pour la première fois, comme ils le rapportent dans le journal Angewandte Chemie . Les mesures des chercheurs ont donné des résultats prometteurs qui indiquent des propriétés électriques ou magnétiques inhabituelles.

Pour produire le graphène kagome, l'équipe a appliqué un précurseur sur un substrat d'argent par dépôt en phase vapeur, puis l'a chauffé pour former un intermédiaire organométallique sur la surface métallique. Un chauffage supplémentaire a produit du graphène kagome, qui est composé exclusivement d'atomes de carbone et d'azote et présente le même motif régulier d'hexagones et de triangles.

Interactions fortes entre électrons

"Nous avons utilisé des microscopes à effet tunnel et à force atomique pour étudier les propriétés structurelles et électroniques du réseau kagome, " rapporte le Dr Rémy Pawlak, premier auteur de l'étude. Avec des microscopes de ce genre, les chercheurs peuvent sonder les propriétés structurelles et électriques des matériaux à l'aide d'une petite pointe - dans ce cas, la pointe était terminée par des molécules de monoxyde de carbone individuelles.

Ce faisant, les chercheurs ont observé que les électrons d'une énergie définie, qui est sélectionné en appliquant une tension électrique, sont "piégés" entre les triangles qui apparaissent dans le réseau cristallin du graphène kagome. Ce comportement distingue clairement le matériau du graphène conventionnel, où les électrons sont distribués à travers divers états d'énergie dans le réseau - en d'autres termes, ils sont délocalisés.

"La localisation observée dans le graphène kagome est souhaitable et précisément ce que nous recherchions, " explique le professeur Ernst Meyer, qui dirige le groupe dans lequel les projets ont été réalisés. "Cela provoque de fortes interactions entre les électrons et, à son tour, ces interactions sont à la base de phénomènes inhabituels, comme la conduction sans résistance."

D'autres investigations sont prévues

Les analyses ont également révélé que le graphène kagome présente des propriétés semi-conductrices, en d'autres termes, ses propriétés conductrices peuvent être activées ou désactivées, comme avec un transistor. De cette façon, kagome graphène diffère significativement du graphène, dont la conductivité ne peut pas être activée et désactivée aussi facilement.

Dans les enquêtes ultérieures, l'équipe détachera le réseau kagome de son substrat métallique et étudiera plus avant ses propriétés électroniques. "La structure de bande plate identifiée dans les expériences supporte les calculs théoriques, qui prédisent que des phénomènes électroniques et magnétiques excitants pourraient se produire dans les réseaux kagome. À l'avenir, kagome graphène pourrait agir comme un élément clé dans les composants électroniques durables et efficaces, " dit Ernst Meyer.