Une équipe Franco-germano-singapourienne de physiciens a caractérisé la conduction par les électrons dans un nanoruban de graphène sur toute la fenêtre énergétique du phénomène et relié ces mesures à la caractéristique de l’onde électronique évanescente dans le nanoruban.

Comprendre les phénomènes d’échange d’électrons au travers un seul fil moléculaire de composition chimique, de géométrie et de structure électronique exactement connues est devenu d’une importance capitale pour le futur de la nano-électronique graphène, pour l’électronique moléculaire, pour les phénomènes de transfert d’électrons longue distance dans les processus biochimiques élémentaires de la vie et pour maitriser la transmission rapide d’information quantique à longue distance dans un calculateur quantique.

Fruit d’une collaboration Franco-Allemande-Singaporienne dans le cadre du projet intégré Européen AtMol, le transport tunnel au travers sur un seul et unique long fil moléculaire a été caractérisé pour la première fois et sur toute la fenêtre énergétique du phénomène soit plus de 2 V. Pour ce faire, des fils moléculaires de nano-graphène de 1 nm de large ont été synthétises in situ sur la surface métallique support dans l’ultra-vide. L’image des états quantiques de chacun des fils trouvés sur la surface a été obtenue par microscopie à effet tunnel basse température. A partir de ces images, les fils parfaits ont été sélectionnés un par un. La pointe du microscope sert alors à attraper par une extrémité un des fils choisis et à le soulever de la surface par cette extrémité. L’autre bout reste en contact avec la surface métallique. La rétraction progressive de la pointe déconnecte électroniquement cette extrémité du fil. L’autre reste en interaction électronique avec la surface métallique tout en glissant sur elle.

L’enregistrement de la caractéristique courant-tension d’une jonction metal-fil-métal permet d’extraire la structure de bande complexe du régime tunnel à savoir la relation entre la décroissance du phénomène d’échange quantique intramoléculaire d’électrons en fonction de la distance entre les 2 électrodes de cette jonction, de la structure électronique du fil et de la masse effective des électrons passant en régime tunnel au travers de ce fil. Cette relation universelle a été démontrée au début des années 2000 mais jamais vérifiée expérimentalement. Maintenant vérifiée, l’optimisation de la composition chimique des fils moléculaires devient possible pour porter le phénomène d’échange tunnel le plus loin possible dans l’espace. Cette maitrise d’un régime « supra-tunnel » ouvre la voie la conception de circuits intramoléculaires complexe permettant d’embarquer un jour un nano-calculateur dans une seule molécule. Les résultats obtenus montrent déjà qu’il est possible de produire des nanoruban de graphène parfaits et d’en mesurer la conductance électrique.

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