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Des scientifiques chinois ont synthétisé un nanoruban de carbone métallique composé d'anneaux de carbone à cinq et sept chaînons qui a démontré l'efficacité du transport des électrons dans la structure unidimensionnelle, a rapporté jeudi l'agence de presse Xinhua.
Les résultats, dirigés par une équipe de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC), basée à Hefei, dans la province de l'Anhui (est de la Chine), ont été publiés en ligne mercredi dans la revue Nature.
Le matériau, connu sous le nom de nanoruban de pentaheptite de carbone, mesure moins de 1 nanomètre de large et est constitué d'atomes de carbone liés en anneaux à cinq et sept chaînons. L’équipe de recherche a démontré qu’il présente des propriétés métalliques et permet aux électrons de le traverser avec relativement peu de diffusion.
Les résultats fournissent une nouvelle plate-forme matérielle pour étudier la relation entre la structure atomique et les propriétés électriques, tout en pointant vers des applications potentielles dans les fils et les interconnexions à l’échelle atomique pour la future électronique à base de carbone.
Les atomes de carbone peuvent former des matériaux aux propriétés radicalement différentes selon la manière dont ils se lient et s’organisent. Le diamant et le graphite, par exemple, sont tous deux constitués de carbone mais ont des structures et des caractéristiques physiques distinctes.
Le graphène, un autre matériau carboné, est constitué d’atomes disposés selon un motif en nid d’abeille composé d’anneaux à six chaînons. Les scientifiques s’intéressent depuis longtemps à ce qui se passe lorsque les atomes de carbone sont disposés selon d’autres modèles.
En 1996, des chercheurs théoriques ont prédit qu'une structure de carbone constituée d'anneaux à cinq et sept chaînons pourrait se comporter comme un métal et conduire l'électricité, a rapporté Xinhua. Cependant, fabriquer le matériau de manière contrôlée et vérifier ses propriétés expérimentalement s'est avéré difficile, note le rapport de Xinhua.
L'équipe de l'USTC, dirigée par les professeurs Wang Bing et Fan Qitang et leurs collaborateurs, a développé une méthode de synthèse par étapes sur une surface d'argent pour produire des nanorubans de pentaheptite de carbone.
Les chercheurs ont utilisé des molécules relativement stables contenant des anneaux de carbone à huit chaînons, qu'ils ont reliés en chaînes à la surface de l'argent. Le chauffage a transformé les anneaux à huit chaînons en paires d’anneaux à cinq chaînons, produisant des chaînes polypentalène.
L’équipe a ensuite augmenté davantage la température, provoquant la fusion latérale des chaînes voisines dans un processus ressemblant à la fermeture d’une fermeture éclair. Cela a créé des anneaux à sept chaînons entre les chaînes et a donné les nanorubans de carbone ciblés contenant des anneaux à cinq et sept chaînons.
Selon l'article de Nature, l'équipe a obtenu deux types distincts de nanorubans de pentaheptite avec des structures sous-jacentes similaires mais des arrangements différents des chaînes de carbone le long de leurs bords.
Un type, désigné CPHN 1, présentait un comportement métallique intrinsèque, tandis que l'autre, CPHN 2, était un semi-conducteur à bande interdite étroite.
Les mesures ont montré que CPHN 1 atteignait une conductance proche d'un quantum de conductance, une unité fondamentale de conductance électrique, et affichait un transport quasi balistique.
Le résultat est comparable au comportement de conductance recherché dans les nanotubes de carbone métalliques, selon les chercheurs.
Les résultats démontrent que la modification de la disposition des anneaux de carbone au sein d’une structure extrêmement étroite peut produire des propriétés électroniques nettement différentes, offrant ainsi aux chercheurs un moyen d’étudier comment l’architecture à l’échelle atomique régit le comportement électrique.
L’étude souligne également des applications possibles dans la future électronique tout carbone, notamment les électrodes à base de carbone et les interconnexions reliant les composants électroniques. De tels matériaux pourraient éventuellement aider les chercheurs à explorer les connexions électriques à l’échelle atomique alors que les appareils électroniques continuent de rétrécir.
Cependant, les chercheurs ont noté qu'une optimisation plus poussée du processus de synthèse sera nécessaire avant que le matériau puisse être intégré dans des dispositifs pratiques. Les résultats établissent un nouveau système expérimental pour étudier les conducteurs à base de carbone plutôt que de démontrer une alternative commerciale aux matériaux de puces existants.
