Des scientifiques enfilent des rangées d'atomes métalliques dans des faisceaux de nanofibres

Des chercheurs de l'université métropolitaine de Tokyo ont réussi à enfiler des atomes d'indium métallique entre les fibres individuelles de faisceaux de nanofibres de chalcogénures de métaux de transition. En plongeant les faisceaux dans du gaz d'indium, des rangées d'atomes ont pu se frayer un chemin entre les fibres pour créer une nanostructure unique par intercalation. Des simulations et des mesures de résistivité ont montré que les faisceaux individuels possédaient des propriétés métalliques, ouvrant la voie à une application en tant que nanofils flexibles dans les nanocircuits.

Les fils atomiques de chalcogénures de métaux de transition (TMC) sont des nanostructures composées d'un métal de transition et d'un élément du groupe 16 comme le soufre, le sélénium et le tellure. Ils sont capables de s'auto-assembler en une large gamme de structures de différentes dimensions, ce qui les place au cœur d'une révolution dans le domaine des nanomatériaux qui a fait l'objet d'intenses recherches ces dernières années. En particulier, une classe de structures TMC 3D a suscité un intérêt particulier, consistant en des faisceaux de nanofibres TMC maintenues ensemble par des atomes métalliques entre les fibres, le tout formant un réseau bien ordonné dans sa section transversale (voir la figure 1). Selon le choix du métal, la structure pourrait même devenir supraconductrice. De plus, en rendant les faisceaux minces, on peut en faire des structures flexibles qui conduisent l'électricité : cela fait des nanostructures TMC un candidat de choix pour être utilisées comme câblage dans les nanocircuits. Cependant, il est difficile de transformer ces structures en fibres longues et fines, ce qui est nécessaire pour les étudier en profondeur et pour les appliquer à la nanotechnologie.

Une équipe dirigée par le professeur adjoint Yusuke Nakanishi et le professeur associé Yasumitsu Miyata a étudié les techniques de synthèse des nanostructures TMC. Dans des travaux récents, ils ont montré qu'ils pouvaient produire de longs et minces faisceaux de TMC (sans métal) sur des échelles de longueur sans précédent. Aujourd'hui, ils ont utilisé une réaction en phase vapeur pour enfiler des rangées d'indium atomiquement fines dans de minces faisceaux de tellurure de tungstène. En exposant leurs longs faisceaux de nanofibres à de la vapeur d'indium sous vide à 500 degrés Celsius, les atomes d'indium se sont frayé un chemin dans l'espace entre les nanofibres individuelles qui composent les faisceaux, formant une rangée d'indium intercalaire (ou pontante) qui lie les fibres entre elles.

Après avoir réussi à produire de grandes quantités de ces faisceaux de TMC filetés, les chercheurs ont étudié les propriétés de leurs nouveaux nanofils. En examinant la résistivité en fonction de la température, ils ont montré de manière concluante que les faisceaux individuels se comportent comme un métal et conduisent donc l'électricité. Cela correspondait aux simulations informatiques et démontrait également à quel point les structures étaient bien ordonnées. Fait intéressant, ils ont constaté que cette structure était légèrement différente des lots de nanofibres en vrac, dans la mesure où les rangées intercalées entraînaient une légère rotation de chaque nanofibre autour de son axe.

La technique de l'équipe ne se limite pas au tellurure d'indium et de tungstène, ni à cette structure particulière. Les chercheurs espèrent que leurs travaux ouvriront un nouveau chapitre dans le développement des nanomatériaux et l'étude de leurs propriétés uniques.