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Des atomes métalliques artificiels en fullerène

ActualitéClassé sous :physique , fullerène , buckyball

Des chercheurs de l'Université de Pittsburgh sont arrives à créer une sorte d'atome d'hydrogène artificielle avec des molécules de fullerène C60. L'ensemble se comporte comme un matériau métallique alors qu'il n'est constitué que de molécules organiques. Cela ouvre de nouvelles perspectives en nanotechnologies.

Représentation de fullerènes-C60 cristallisées à 153 K. Crédit : Stony Brook University Chemistry Department

Les buckyballs sont des fullerènes bien connus ressemblant à des ballons de football et composés de 60 atomes de carbone. Avec les nanotubes en carbone et le graphène, ils font l'objet de nombreuses recherches de part le monde et l'on pense pouvoir les utiliser pour de multiples applications, comme le stockage de l’hydrogène.

Comme les nanotubes de carbone qui sont des objets fascinants pour une nouvelle électronique, on peut les considérer comme formés d'une feuille de graphène avec certaines propriétés conductrices. Des chercheurs de l'Université de Pittsburgh ont alors eu l'idée d'introduire un électron dans une molécule de C60. Comme bien d'autres, ils étaient à la recherche de possibles nouveaux matériaux permettant de construire à partir de conducteurs organiques des composants électroniques plus petits et moins chers que ceux basés sur le cuivre et le silicium.

Etonnamment, la distribution de probabilité donnée par la fonction d'onde d'un tel électron dans du C60 s'est trouvée être proche de celle d'un électron dans un atome d'hydrogène. On a alors ainsi obtenu une sorte d'atome d'hydrogène artificiel, ressemblant même à des atomes dits hydrogénoïdes comme le lithium, le sodium et le potassium, en raison de la présence d'un seul électron sur la couche électronique supérieure de ces atomes.

Bien mieux, lorsque le professeur Hrvoje Petek, du Petersen Institute for NanoScience and Engineering, a déposé avec ses collègues deux fullerènes chargées de ce genre sur une surface en cuivre, elles se sont comportées comme une molécule d'hydrogène liée par une liaison covalente et, lorsque que plusieurs C60 ont été associés pour former un filament dont la section était de la taille d'un buckyball, l'ensemble s'est trouvé être aussi conducteur d'électricité qu'un filament constitué de métal.

Les chercheurs sont enthousiastes car ce résultat doit s'étendre, selon eux, à des structures formées de nanotubes de carbone. On dispose ainsi de nouvelles possibilités pour développer une électronique moléculaire plus miniaturisée et moins coûteuse que l'électronique standard largement basée sur le silicium et le cuivre.

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