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Graphène : une clé pour la microscopie électronique des liquides

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Comment bien observer des nanostructures en évolution dans des liquides avec un microscope électronique alors que celui-ci doit opérer sous vide ? La réponse vient d'être trouvée par une équipe internationale de chercheurs. Les liquides peuvent être encapsulés entre deux feuillets de graphène.

Une représentation d'artiste d'un feuillet de graphène avec la structure hexagonale des atomes de carbone formant le feuillet. © Jannik Meyer

La nanotechnologie  bouleversera-t-elle notre monde ? On peut l'espérer mais il faudra attendre probablement quelques dizaines d'années pour savoir si les rêves de certains à son sujet sont à la hauteur de la réalité. En attendant, l'exploration et la maîtrise du nanomonde se poursuivent, en témoigne un article publié dans Science récemment et portant sur les travaux d'une équipe internationale de chercheurs sud-coréens et américains.

Ces scientifiques ont fait sauter un verrou limitant les performances de la microscopie électronique, basée sur les propriétés ondulatoires de la matière découverte dans les années 1920 par Louis de Broglie puis explorées par Schrödinger et Stern. Le premier prototype de microscope électronique a été construit en 1931 par les ingénieurs allemands Ernst Ruska et Max Knoll. L'un de ses inconvénients est d'imposer des observations sous vide, ce qui exclut de l'utiliser pour observer un tissu vivant (sauf, peut-être, quand il s'agit de tiques) et plus encore pour un liquide.

Schéma de principe : le double feuillet de graphène emprisonne çà et là des gouttes liquides, tout en empêchant l'évaporation, même lorsque la pression ambiante est très faible. © Korea Advanced Institute of Science and Technology

Une parade avait été trouvée pour observer des bactéries. Il suffisait de les entourer d'une couche de graphène protectrice. De l'épaisseur d'un atome de carbone, cette couche n'est pas vraiment un obstacle pour les faisceaux d'électrons et elle a donc permis de réaliser des observations jamais faites jusque-là.

Des nanocristaux dans des liquides

La même stratégie vient d'être employée par des chercheurs qui s'intéressent à la croissance de nanocristaux au sein d'un liquide. Ils ont tout simplement encapsulé le liquide contenant ces nanocristaux entre deux feuillets de graphène.

On savait déjà observer au microscope électronique dans un liquide en l'enfermant dans des sortes de boîtes aux parois composées de nitrure ou d'oxyde de silicium. Malheureusement, épaisses de 100 nanomètres, ces parois limitaient la résolution des images à quelques nanomètres, au mieux.


Croissance et coalescence de nanocristaux de platine observées dans la capsule de graphène au microscope électronique. © Science-Jong Min Yuk, Jungwon Park, Peter Ercius, Kwanpyo Kim, Daniel J. Hellebusch, Michael F. Crommie, Jeong Yong Lee, A. Zettl, A. Paul Alivisatos

Avec le graphène tout change. Chimiquement, ce matériau est faiblement réactif, imperméable et résistant. Il permet avec ce nouveau procédé d'obtenir une résolution de 1 angström, soit dix fois mieux. Grâce à ce gain, les physiciens ont ainsi découvert de nouveaux détails concernant la crosissance des nanocristaux de platine.

Ce n'est pour eux qu'un début. Le comportement d'autres matériaux, et même d'objets biologiques, dans des liquides devrait être mieux compris grâce à cette nouvelle technique. Peut-être bénéficiera-t-elle à la conception de nanoparticules pour la nanomédecine ?

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