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Un film de carbone d'un seul atome d'épaisseur

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Etonnament solide, une couche monoatomique de carbone de dimension - relativement - grande a pu être posée sur une grille d'or. Comme les nanotubes de carbone et les fullerènes, ce matériau extraordinaire pourrait avoir un grand nombre d'applications.

Le voile de carbone est posé sur une grille d'or. L'espacement entre les barreaux est d'environ un micron. Le trait noir, en bas à droite représente 500 nanomètres. Crédit : Max Planck Institute for Solid State Research

C'est avec du graphène que vient d'être réalisé le film le plus fin que l'on puisse imaginer : son épaisseur est réduite à la taille d'un atome de carbone. Une technique originale a permis d'en former plusieurs micromètres carrés et ce voile presque impalpable a pu être observé et photographié.

Un film de carbone à cellules hexagonales : voilà le graphène. Il n'est pas d'une planéité parfaite… et c'est pour cela qu'il est solide. Crédit : Max Planck Institute for Solid State Research

En soi, la réalisation n'est pas une première : le graphène, justement, est un assemblage plan de carbone, formé de d'éléments hexagonaux. On l'obtient par clivage du graphite, qui a, lui, une structure tridimensionnelle. Appliquez une mine de crayon sur un adhésif et vous aurez peut-être déposé un peu de graphène. Mais il restera complètement invisible et irrécupérable...

Depuis plusieurs années, des scientifiques jouent avec ce matériau, à ranger à côté des fullerènes (atomes de carbone réunis en forme de ballon de football) et les nanotubes de carbone. Tous cherchent à en fabriquer des surfaces de plus en plus grandes, de plus en plus solides et à en étudier les caractéristiques. Les applications envisagées sont nombreuses et variées. Certains annoncent que le transistor du futur sera en carbone et, probablement en graphène. Mais l'intuition est que ce matériau étrange pourra servir à bien d'autres choses, encore insoupçonnées. « Ces membranes bidimensionnelles sont complètement différentes des cristaux tridimensionnels. Nous avons juste commencé à en explorer les propriétés fondamentales et les applications possibles. ». L'homme qui parle ainsi est Jannik Meyer, de l'Institut Max Planck pour la physique du solide (Stuttgart). Il fait partie du groupe de chercheurs qui, en collaboration avec une équipe de l'université de Manchester (Royaume-Uni), est parvenue à confectionner une surface importante de graphène.

Plutôt rigide

Dans leur recette, le graphène est déposé sur une couche de silicium puis recouvert par une minuscule grille d'or, dont les barreaux sont distants d'environ un micromètre. Le substrat de silicium est alors dissout à l'acide. Entre les barreaux d'or, les membranes de graphène restent suspendues sans se casser. Leur solidité serait due au fait que le film n'est pas tout à fait plan et serait du coup plus rigide, à l'instar de la tôle ondulée.

Andre Geim, de l'université de Manchester, imagine déjà des membranes filtrantes pour les gaz ou des dispositifs électromécaniques miniatures et ultrarapides. En microscopie électronique à transmission, ces films pourraient remplacer les actuelles grilles métalliques. En effet, ce voile monoatomique est transparent aux électrons. En y déposant les objets à observer, on obtiendrait l'équivalent des lames de verre de la microscopie optique.

Il faudra manifestement de l'ingéniosité pour faire le tour des applications possibles... Mais Andre Geim tempère cet optimisme, au moins à court terme car, explique-t-il, il reste à trouver le moyen de produire ce genre de surfaces à l'échelle industrielle...

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