Image générée par ordinateur montrant les détails de l’un des deux produits intermédiaires prédits théoriquement et observés au microscope à effet tunnel à balayage.
Le graphène est considéré comme un candidat pour la future nanoélectronique, comme l’a rapporté myScience.ch dans un article précédent. Toutefois, les méthodes permettant de fabriquer des matériaux de type graphène avec les propriétés électroniques souhaitées font encore défaut. Des chercheurs ont synthétisé des matériaux de type graphène à l’aide d’une méthode de chimie de surface et ont élucidé en détail le mécanisme de réaction correspondant.
Les composants électroniques sont de plus en plus petits, si bien qu’après la microélectronique, on parle déjà de nanoélectronique. Dans ces dimensions, le silicium, le matériau le plus utilisé actuellement dans les éléments électroniques, atteint ses limites. De nouveaux matériaux sont nécessaires. En raison de ses propriétés électroniques exceptionnelles, le graphène, un réseau bidimensionnel de carbone, est considéré comme un substitut possible. Mais avant que les matériaux de type graphène puissent être utilisés à cet effet, il reste encore quelques obstacles à surmonter. Ainsi, il n’existe pas encore de méthodes permettant de fabriquer des matériaux de type graphène de manière simple, fiable et à grande échelle.
Les chercheurs de l’Empa misent sur la méthode de synthèse assistée par la surface. A l’aide d’un prototype de polyphénylène, une équipe de recherche a découvert comment se déroule le chemin de réaction de ce que l’on appelle la cyclodéshydrogénation sur une surface de cuivre et comment les éléments constitutifs se couplent pour former un nanographe plan.
Des partenaires efficaces : expérience et simulation
Pour leur "travail d’élucidation", les chercheurs ont combiné des observations expérimentales - notamment au microscope à effet tunnel à balayage - avec des simulations informatiques. Celles-ci calculent si une étape de réaction théoriquement envisageable est réellement possible du point de vue énergétique. Résultat : le chemin de réaction se déroule en six étapes avec cinq produits intermédiaires, les barrières de réaction entre ceux-ci étant réduites par l’activité catalytique de la surface. Deux produits intermédiaires sont stabilisés par la surface de telle sorte qu’il a été possible de les visualiser au microscope à balayage à effet tunnel.
Cependant, les surfaces métalliques comme le cuivre ne conviennent pas pour être compatibles avec les processus de fabrication courants de l’électronique. Les matériaux de type graphène doivent "pousser" sur des substrats semi-conducteurs. L’équipe de recherche a donc effectué des simulations pour voir si cela pouvait fonctionner, et les résultats le montrent. Ces résultats sont la clé pour établir la synthèse assistée par la surface comme méthode fiable pour la fabrication de matériaux de type graphène.
La science moderne se base sur la théorie, l’expérience et la simulation
Outre la théorie et l’expérience, la science moderne s’appuie de plus en plus souvent sur des simulations informatiques. Celles-ci sont utilisées de manière complémentaire aux expériences de laboratoire souvent coûteuses et permettent aux chercheurs d’obtenir des informations supplémentaires qui ne seraient pas réalisables avec des méthodes expérimentales. Grâce aux expériences et aux simulations, ainsi qu’aux théories qui en découlent, il est possible de reproduire et d’expliquer les phénomènes de la nature avec toujours plus de précision.
