Qui souhaite un sandwich au fullerène?

Au cours des dix dernières années, les matériaux bidimensionnels (2D) ont ouvert de nouveaux horizons dans le domaine de la science des matériaux. Un financement de l'UE a maintenant permis de créer une combinaison de structures pour former des sandwichs suspendus au fullerène, offrant des propriétés intéressantes pour une recherche approfondie.

Des scientifiques ont créé une nouvelle structure en encapsulant une couche unique de molécules de fullerène entre deux couches de graphène. Les résultats du projet PICOMAT, soutenu par un financement de l'UE, ont permis d'obtenir les premières images directes d'une hétérostructure 0D/2D suspendue. Celle-ci incorpore des molécules C60 entre deux couches de graphène pour former un sandwich au fullerène suspendu, comme ils l'ont révélé dans un article publié dans la revue "Science Advances".

Ils déclarent avoir découvert "des îlots C60 propres et ordonnés épais d'une seule molécule, protégés du vide du microscope par les couches de graphène." Ils ajoutent que le matériau a été partiellement protégé des dégâts dûs au rayonnement au cours de l'imagerie par microscope électronique à balayage par transmission. Les structures obtenues contiennent de grandes zones propres d'un point de vue atomique, ce qui permet d'étudier directement les îlots C60 grâce à la microscopie électronique à balayage par transmission (STEM).

Une nouvelle ère pour la recherche sur le carbone

Étant l'un des éléments les plus polyvalents, le carbone occupe depuis plusieurs années une place centrale dans les sciences des matériaux. Il présente plusieurs allotropes de différentes dimensions mais aussi plusieurs géométries de liaison différentes, ce qui a attiré l'attention des chercheurs. En 1991, des nanotubes de carbone unidimensionnel ont suscité de l'intérêt, et en 2004 des chercheurs ont commencé à mener des expériences sur l'allotrope bidimensionnel de carbone, le graphène. Différentes combinaisons d'allotropes du carbone, comme des nanotubes de carbone remplis de fullerène (nanotubes à fullerène) et du graphite intercalé avec des fullerènes, ont été déjà été réalisées.

Ce qui rend la recherche PICOMAT (Picometer scale insight and manipulation of novel materials) intéressante, c'est qu'en créant le système fullerène-graphène, les scientifiques ont formé un nouveau matériau qui comble une lacune dans les combinaisons disponibles d'hétérostructures de carbone hybrides. Étant donné que le sandwich au graphène fournit une chambre de réaction à l'échelle nanométrique, ainsi qu'une interface propre au vide du microscope, il est possible d'observer la dynamique moléculaire avec le microscope électronique en transmission. Les chercheurs basés à l'Université de Vienne estiment que cela ouvrira de nouvelles voies aux scientifiques voulant étudier la façon dont sont structurées d'autres molécules, encapsulées de façon identique.

Comment faire un sandwich?

Les chercheurs ont fabriqué les sandwichs en utilisant la chaleur pour faire évaporer les molécules C60 sur des grilles de TEM recouvertes de graphène disponibles sur le marché. Puis ils y ont placé une seconde grille recouverte de graphène et ont amené les deux couches en contact grâce à l'évaporation d'une gouttelette de solvant. Contrairement à une simple couche de graphène, les sandwichs comportent également des monocouches de fullerène, dont les extrémités présentent un contraste d'image non-linéaire du motif de moiré des couches de graphène suspendues.

Applications pratiques

Les chercheurs expliquent que les sandwichs au fullerène devraient avoir des propriétés hybridées qui pourraient convenir à des utilisations allant des lasers à l'échelle nanométriques aux réseaux de qubits de spin et aux éléments mécaniques à l'échelle nanométrique. Par ailleurs, ils affirment que la co-intercalation de métal alcalin pourrait les transformer en supraconducteurs à haute température.

Pour plus d'informations, voir:
- page web du projet sur CORDIS
- Science Advances Buckyball sandwiches