Une optoélectronique mixte graphène-organique

Le graphène, une feuille de graphite épaisse d'un seul atome, est vu comme un matériau miracle. Des techniques économiques d'impression, mises au point sur un rythme rapide, exploitent déjà ses propriétés surprenantes pour réaliser des dispositifs électroniques plus complexes. Mais pour que le graphène tienne toutes ses promesses en matière de dispositifs miniaturisés, souples et transparents, il faut étudier plus avant les structures mixtes à base de graphène, aux propriétés personnalisées.

C'est dans ce contexte qu'a été lancé le projet GREAT («Graphene supramolecular electronics: A life-long training career development project»), financé par l'UE. L'équipe du projet a cherché à moduler les propriétés du graphène en y greffant des molécules organiques. Ces structures mixtes graphène et molécules organiques ont de meilleures propriétés notamment en termes de conductivité, de mobilité des charges et de résistance mécanique.

Les scientifiques ont conçu et optimisé des processus économiques et évolutifs pour obtenir des dispersions de graphène exfolié en phase liquide. Ils ont étudié et caractérisé plusieurs molécules organiques agissant comme groupes fonctionnels, avec des alcanes et de longues molécules de chaînes aliphatiques, aboutissant à produire du graphène monocouche avec un rendement élevé.

Le projet GREAT a utilisé des techniques de traitement en milieu humide pour produire des dispersions de graphène fonctionnalisé, obtenant ainsi des films minces mixtes d'environ 100nm. Les scientifiques ont fait varier les groupes terminaux des molécules organiques utilisées pour l'exfoliation, obtenant des matériaux mixtes à base de graphène, réactifs et intéressants pour l'électronique à plusieurs fonctions.

Ils ont notamment constaté que des molécules photochromiques avaient un fort impact sur les commutateurs optoélectroniques à base de graphène. De plus, pour les configurations 2-terminales, ils pouvaient moduler de façon réversible les propriétés électriques de films minces mixtes graphène-azobenzène, en alternant des cycles d'éclairement par des UV et par de la lumière visible.

Le projet GREAT a notablement renforcé la compréhension à l'échelle moléculaire de techniques innovantes basées sur des matériaux électroniques organiques et susceptibles de remplacer ceux qui sont utilisés actuellement. Ses systèmes mixtes graphène-organique sont aussi très prometteurs pour réaliser des commutateurs mémoire activés par la lumière, et des photo-détecteurs très sensibles.