Comment fabriquer du graphène à l'aide de buckyballs supersoniques

Le graphène est l'un des matériaux miracles de notre époque. Il est environ 200 fois plus résistant que l'acier, il est un extraordinaire conducteur de chaleur et d'électricité et il est presque transparent. Et pourtant, la fabrication de graphène reste délicate, en particulier lorsqu'il doit reposer sur un substrat pour des applications telles que l'électronique.

Aujourd'hui, Simone Taioli de l'Institut de physique fondamentale et d'applications de Trento en Italie et quelques amis disent avoir trouvé comment le faire en commençant par la célèbre molécule en forme de ballon de football, le buckminsterfullerène.

Leur idée est remarquablement simple : bombarder le substrat avec des buckyballs se déplaçant à des vitesses supersoniques. C'est assez rapide pour les ouvrir lorsqu'ils frappent, et les cages décompressées qui en résultent se lient ensuite pour former un film de graphène.

Les chercheurs ont longtemps pensé à utiliser les buckyballs comme précurseur du graphène. Mais la seule façon de les décompresser et de les lier ensemble est de les chauffer à des températures supérieures à environ 600 °C.

Ce n'est pas particulièrement efficace, car ces températures élevées peuvent modifier les propriétés du substrat, en particulier la quantité de carbone qu'il adsorbe. Il en résulte des films irréguliers avec de sérieux défauts.

La nouvelle technique contourne ces problèmes. L'équipe accélère les buckyballs en les libérant dans un gaz d'hélium ou d'hydrogène, qu'ils permettent de se dilater à des vitesses supersoniques, emportant avec eux les billes de carbone. Cela donne aux buckyballs des énergies d'environ 40 keV sans modifier leur dynamique interne (contrairement à un chauffage ordinaire qui augmente considérablement les vibrations moléculaires).

Ces gars-là dirigent ensuite les buckyballs vers une feuille de cuivre et les regardent s'y écraser comme des mouches sur un pare-brise. Le résultat est un revêtement assez uniforme de matériau de type graphène en une seule couche.

Ce matériau a ses propres idiosyncrasies. Pour commencer, il n'est pas fait d'hexagones réguliers, comme le graphène parfait. Au lieu de cela, il contient également des pentagones, qui proviennent des structures originales de buckyball. C'est potentiellement utile car les pentagones pourraient introduire une bande interdite dans le matériau, ce que les scientifiques des matériaux espéraient depuis longtemps créer dans le graphène.

Bien qu'il ne s'agisse que d'une preuve de principe à ce stade, la technique semble intéressante, notamment parce qu'elle produit des films de relativement haute qualité et pourrait également être appliquée à une large gamme d'autres matériaux tels que les métaux, les semi-conducteurs et les isolants. Et cela pourrait ouvrir la voie à une nouvelle génération d'appareils électroniques.

Des trucs intéressants!

Réf : arxiv.org/abs/1507.07859 : Vers la synthèse de graphène monocouche à température ambiante par épitaxie par faisceau moléculaire supersonique C60

cacher