Béatrice Garnier
Le graphène est le as well as solide de tous les matériaux. En in addition de cela, il est exceptionnellement bon pour conduire la chaleur et les courants électriques, ce qui en fait l’un des matériaux les as well as spéciaux et polyvalents que nous connaissons. Pour toutes ces raisons, la découverte du graphène a été récompensée par le prix Nobel de physique en 2010. Pourtant, de nombreuses propriétés du matériau et de ses cousins sont encore mal includes, pour la easy raison que les atomes qui le composent sont très difficiles à comprendre. observer. Une équipe de chercheurs de l’Université d’Amsterdam et de l’Université de New York a maintenant trouvé une façon surprenante de résoudre ce problème.
Les matériaux bidimensionnels, constitués d’une seule couche hyper-mince de cristal atomique, ont récemment attiré beaucoup d’attention. Cette notice bien méritée est principalement owing à leurs propriétés inhabituelles, très différentes de leurs homologues tridimensionnels « en vrac ». Le graphène, le représentant le additionally célèbre, et de nombreux autres matériaux bidimensionnels, font aujourd’hui l’objet de recherches intensives en laboratoire. De manière peut-être surprenante, les défauts, les endroits où la framework cristalline n’est pas parfaite, sont cruciaux pour les propriétés particulières de ces matériaux. Là, l’arrangement ordonné de la couche d’atomes est perturbé et la coordination des atomes modify localement.
Visualiser les atomes
Malgré le fait que les défauts se sont avérés cruciaux pour les propriétés d’un matériau, et qu’ils sont presque toujours présents ou ajoutés exprès, on ne sait pas grand-chose sur leur development et leur évolution dans le temps. La raison en est simple : les atomes sont tout simplement trop petits et se déplacent trop rapidement pour les suivre directement.
Dans le but de rendre observables les défauts des matériaux de form graphène, l’équipe de chercheurs de l’UvA-Institute of Physics et de l’Université de New York a trouvé un moyen de construire des modèles micrométriques de graphène atomique. Pour y parvenir, ils ont utilisé ce qu’on appelle des «particules inégales». Ces particules – suffisamment grandes pour être facilement visibles au microscope, mais suffisamment petites pour reproduire de nombreuses propriétés des atomes réels – interagissent avec la même coordination que les atomes du graphène et forment la même construction. Les chercheurs ont construit un système modèle et l’ont utilisé pour mieux comprendre les défauts, leur development et leur évolution dans le temps. Leurs résultats ont été publiés dans Mother nature Communications cette semaine.
Construire du graphène
Le graphène est composé d’atomes de carbone qui ont chacun trois voisins, disposés selon la framework bien connue en « nid d’abeille ». C’est cette composition particulière qui confère au graphène ses propriétés mécaniques et électroniques uniques. Pour obtenir la même framework dans leur modèle, les chercheurs ont utilisé de minuscules particules de polystyrène, décorées de trois patchs encore moreover petits d’un matériau connu sous le nom de 3-(triméthoxysilyl)propyl – ou TPM en abrégé. La configuration des patchs TPM imitait la coordination des atomes de carbone dans le réseau de graphène. Les chercheurs ont ensuite rendu les patchs attractifs afin que les particules puissent former des liaisons entre elles, toujours par analogie avec les atomes de carbone du graphène.
Après avoir été laissées seules pendant quelques heures, lorsqu’elles ont été observées au microscope, les particules de “faux carbone” se sont effectivement arrangées en un réseau en nid d’abeilles. Les chercheurs ont ensuite examiné furthermore en détail les défauts du réseau de graphène modèle. Ils ont observé qu’à cet égard également, le modèle fonctionnait : il montrait des motifs de défauts caractéristiques qui sont également connus du graphène atomique. Contrairement au graphène réel, l’observation directe et le prolonged temps de development du modèle permettent désormais aux physiciens de suivre ces défauts dès le début de leur formation, jusqu’à l’intégration dans le réseau.
Des résultats inattendus
Le nouveau regard sur la croissance des matériaux de variety graphène a immédiatement conduit à de nouvelles connaissances sur ces structures bidimensionnelles. De manière inattendue, les chercheurs ont découvert que le sort de défaut le moreover courant se forme déjà dans les tout premiers stades de la croissance, lorsque le réseau n’est pas encore établi. Ils ont également observé comment l’inadéquation du réseau est ensuite « réparée » par un autre défaut, conduisant à une configuration de défaut steady, qui soit persiste, soit ne guérit que très lentement à la suite d’un réseau moreover parfait.
Ainsi, le système modèle permet non seulement de reconstruire le réseau de graphène à plus grande échelle pour toutes sortes d’applications, mais les observations directes permettent également de mieux comprendre la dynamique atomique dans cette classe de matériaux. Comme les défauts sont au cœur des propriétés de tous les matériaux atomiquement minces, ces observations directes dans les systèmes modèles aident à concevoir davantage les homologues atomiques, par exemple pour des programs dans des matériaux ultra-légers et des dispositifs optiques et électroniques.
