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La structure électronique des nanotubes de carbone
par Samuel Guibal - 30 mars
Les nanotubes de carbone monofeuillets mobilisent actuellement d’importants efforts de recherche notamment pour la réalisation de futurs dispositifs électroniques. La structure atomique de ces tubes dont le diamètre est de l’ordre du nanomètre peut se concevoir à partir d’une feuille de graphène, uniquement constituée d’atomes de carbone, enroulée sur elle-même. En fonction de l’angle d’enroulement un nanotube peut être soit métallique soit semiconducteur. Ce lien entre propriétés structurale et électronique fait des nanotubes des candidats fascinants pour l’électronique et la spintronique moléculaire. Les tubes semiconducteurs sont caractérisés par un gap électronique qui définit une plage de tension dans laquelle le courant ne peut pas circuler. Cette propriété fondamentale contrôle complètement les caractéristiques d’un dispositif électronique incluant un nanotube. Cependant il reste des questions importantes à résoudre pour comprendre la valeur mesurée de ce gap. Par exemple les mesures faites par absorption optique aboutissent à une valeur de gap plus grande que les mesures électroniques faite par microscopie à effet tunnel (STM). Les chercheurs de l’équipe STM du laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques en collaboration avec les laboratoires LEM de l’ONERA et LPQM de l’école normale supérieure de Cachan ont montré le rôle important joué par l’environnement sur la structure électronique des nanotubes. En étudiant avec un microscope à effet tunnel des fagots contenant plusieurs tubes posés sur une surface métallique, ils ont montré que le substrat agit comme un miroir pour les électrons du tube qui interagissent alors avec leur charge image. Par conséquent, plus un tube est proche de la surface plus cette interaction est importante et le gap diminue, alors qu’en s’éloignant du métal le gap augmente et rejoint la valeur donnée par les mesures optiques. Ces résultats mettent en évidence le rôle crucial du substrat supportant un tube sur ses propriétés de transport électronique, et permettent de concilier les résultats obtenus par différentes techniques. A l’avenir, cet effet du substrat devra être pris en compte dans la conception de dispositifs intégrant des nanotubes de carbone.
Référence : “Many-body effects in electronic bandgaps of carbon nanotubes measured by scanning tunnelling spectroscopy”, H. Lin, J. Lagoute, V. Repain, C. Chacon, Y. Girard, J.-S. Lauret, F. Ducastelle, A. Loiseau and S. Rousset, Nature Materials 9, 235 - 238 (2010)
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