Les buckyballs sur l’or sont moins exotiques que le graphène

Le graphène est constitué d’atomes de carbone qui se réticulent dans un plan pour former une structure plate en nid d’abeille. En plus d’une stabilité mécanique étonnamment élevée, le matériau possède des propriétés électroniques intéressantes. Les électrons se comportent comme des particules sans masse, ce qui peut être clairement démontré dans des expériences spectrométriques. Les mesures révèlent une dépendance linéaire de l’énergie sur l’impulsion, à savoir les soi-disant cônes de Dirac – deux lignes qui se croisent sans bande interdite – une différence d’énergie entre les électrons de la bande de conduction et ceux des bandes de valence.

Variantes dans l’architecture du graphène

Les variantes artificielles de l’architecture du graphène sont actuellement un sujet brûlant dans la recherche sur les matériaux. Au lieu d’atomes de carbone, des points quantiques de silicium ont été placés, des atomes ultrafroids ont été piégés dans le réseau en nid d’abeille avec de puissants champs laser, ou des molécules de monoxyde de carbone ont été poussées en place sur une surface de cuivre pièce par pièce avec un microscope à effet tunnel, où ils pourraient conférer les propriétés caractéristiques du graphène aux électrons du cuivre.

Du graphène artificiel avec des buckyballs ?

Une étude récente a suggéré qu’il est infiniment plus facile de fabriquer du graphène artificiel à l’aide de molécules C60 appelées buckyballs. Seule une couche uniforme de ceux-ci doit être déposée en phase vapeur sur l’or pour que les électrons d’or prennent les propriétés spéciales du graphène. Les mesures des spectres de photoémission semblaient montrer une sorte de cône de Dirac.

Analyse des structures de bande à BESSY II

« Ce serait vraiment incroyable », déclare le Dr Andrei Varykhalov, de HZB, qui dirige un groupe de photoémission et de microscopie à effet tunnel. « Parce que la molécule C60 est absolument non polaire, il nous était difficile d’imaginer comment de telles molécules exerceraient une forte influence sur les électrons de l’or. » Alors Varykhalov et son équipe ont lancé une série de mesures pour tester cette hypothèse.

Dans des analyses délicates et détaillées, l’équipe de Berlin a pu étudier des couches de C60 sur de l’or sur une plage d’énergie beaucoup plus large et pour différents paramètres de mesure. Ils ont utilisé la spectroscopie ARPES résolue en angle à BESSY II, qui permet des mesures particulièrement précises, et ont également analysé le spin électronique pour certaines mesures.

Comportement normal

« Nous voyons une relation parabolique entre l’impulsion et l’énergie dans nos données mesurées, c’est donc un comportement tout à fait normal. Ces signaux proviennent des électrons profondément dans le substrat (or ou cuivre) et non de la couche, qui pourrait être affectée par les buckyballs,  » explique le Dr Maxim Krivenkov, auteur principal de l’étude. L’équipe a également pu expliquer les courbes de mesure linéaires de l’étude précédente. « Ces courbes de mesure imitent simplement les cônes de Dirac ; elles sont un artefact, pour ainsi dire, d’une déviation des photoélectrons lorsqu’ils quittent l’or et traversent la couche C60 », explique Varykhalov. Par conséquent, la couche de buckyball sur l’or ne peut pas être considérée comme un graphène artificiel.

La recherche a été publiée dans À l’échelle nanométrique.