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C'est dans les colonnes de Nature Materials qu'une équipe de chercheurs de l'université de Stanford (États-Unis) a annoncé avoir mis au point une nouvelle technique d'assemblage de nanomatériaux à base de diamantoïdes. Il s'agit même d'une technique d’autoassemblage. Selon Nicholas Melosh, professeur à Stanford, « la première à être en mesure de donner naissance à des nanofils présentant des noyaux solides et cristallins et des propriétés électroniques intéressantes ». Les fils qu'ils ont ainsi produits se composent d'un noyau semi-conducteur -- fait d'une combinaison de cuivre et de soufre -- enveloppé dans une coque isolante de diamantoïdes.
Rappelons que les diamantoïdes constituent un petit groupe de composés tridimensionnels présentant une structure semblable à celle des diamants, à base de tétraèdres de carbone. En somme, ce sont des diamantsdiamants infiniment petits, des nanodiamants. Ils ont été découverts dans le pétrolepétrole, il y a quelque 80 ans maintenant. À cette époque, ils étaient considérés comme indésirables, car ils s'accumulaient dans les pipelinespipelines et finissaient par les boucher.
Mais ils disposent aussi de nombreux sites d'attachements sur lesquels ils peuvent recevoir d'autres moléculesmolécules et atomesatomes. Les diamantoïdes peuvent donc être fonctionnalisés en les enrichissant d'autres éléments chimiques que le carbone. Ainsi, associés à un groupe amine, les diamantoïdes ont permis de concevoir par le passé, un médicament contre la grippe. Et ces molécules pourraient très rapidement se muer en briques élémentaires pour la création des nanomatériaux du futur.
Sur cette animation, des briques élémentaires viennent former un nanofil conducteur. Chacune des briques se compose d’un diamantoïde lié à des atomes de soufre et de cuivre (sphères jaunes et brunes). Comme des Lego, ces briques élémentaires s’emboitent de façon prédéterminée par leur forme et par leur taille. © Slac National Accelerator Laboratory
Tirer parti des forces de Van der Waals
Depuis plusieurs années maintenant, un laboratoire du Slac (université de Stanford) s'est spécialisé dans l'extraction et la séparationséparation par taille et géométrie de ces diamantoïdes. Dans le cas présent, les chercheurs ont utilisé les plus petits diamantoïdes à leur disposition. Des cages formées de seulement dix atomes de carbone auxquelles ils ont attaché un atome de soufre. Une fois ces minuscules structures plongées dans une solution contenant des ionsions cuivre, les deux se sont naturellement liés constituant ainsi des sortes de briques de base pour les futurs nanofils électriques. Et ces briques, sous l'influence des forces de Van der Waalsforces de Van der Waals, ont ensuite tout aussi naturellement dérivé les unes vers les autres, faisant croître le nanofil.
« Comme dans un jeu de Lego, ici, les briques ne peuvent s'imbriquer que d'une seule façon, déterminée par leur taille et leur forme. Les atomes de cuivre et de soufre se sont ainsi retrouvés à l'intérieur, formant le cœur conducteur du fil et les diamantoïdes se sont enroulés sur l'extérieur pour former une coque isolante », explique Fei Hua Li, une étudiante de Stanford qui a pris part à l'étude.
Les chercheurs de Stanford ont d'ores et déjà fabriqué ainsi des nanofils à base de cadmiumcadmium, de zinczinc, de ferfer ou encore d'argentargent. Des nanofils suffisamment longs pour qu'ils puissent être visibles à l'œilœil nu. Ils ont également testé différents solvantssolvants. Et ils ont tenté de travailler avec d'autres molécules en forme de cage comme les carboranes. De quoi voir en cette nouvelle technique « une trousse à outils qui permettrait, en modifiant simplement les ingrédients et les conditions expérimentales, d'imaginer de nouveaux matériaux aux propriétés électroniques finement réglées », assure Nicholas Melosh.
