Les nanoribbons de graphène survivent au rayonnement gamma, révélant des capteurs potentiels pour les réacteurs de fusion

Une avancée dans la science des matériaux a émergé de l'Université de l'Arizona, où des chercheurs ont découvert que les nanoribbons de graphène (GNR) peuvent résister à l'exposition aux rayonnements gamma tout en maintenant leur intégrité structurelle et en répondant électriquement. Cette découverte ouvre la porte à l'utilisation de ces nanomatériaux comme capteurs potentiels dans des environnements à haut rayonnement tels que les réacteurs de fusion et les missions spatiales profondes.

L'étude, dirigée par Zafer Mutlu, professeur adjoint de sciences des matériaux et d'ingénierie à l'Université d'Arizona College of Engineering, a impliqué l'intégration de GNR dans des dispositifs semi-conducteurs et leur exposition à des rayonnements gamma. Selon les résultats, les nanoribbons ont survécu à l'exposition et ont continué à réagir électriquement, bien que leurs performances aient changé de manière significative. Mutlu a expliqué que ce changement de performance est précisément le type de réaction souhaité d'un capteur. La capacité des GNR à maintenir leur structure atomique tout en présentant une réponse électrique détectable suggère leur utilité potentielle dans la surveillance en temps réel dans des conditions difficiles.

L'énergie de fusion, souvent présentée comme une source d'énergie presque illimitée et propre, fait face à plusieurs obstacles technologiques, notamment la nécessité de méthodes fiables pour surveiller l'état de la première paroi d'un réacteur.

L'utilisation de capteurs basés sur le GNR pourrait permettre une surveillance plus directe et continue, réduisant potentiellement la fréquence des arrêts coûteux et prolongeant les périodes d'exploitation des centrales à fusion. L'équipe de recherche a fabriqué les GNR au niveau moléculaire en utilisant des techniques avancées développées par Mutlu. Ces rubans ont été conçus pour avoir exactement neuf atomes de large, un atome d'épaisseur et environ 45 nanomètres de long, beaucoup plus minces qu'un cheveu humain. En raison de leurs dimensions microscopiques, les rubans présentent un comportement régi par la mécanique quantique plutôt que par la physique classique. Sans rayonnement, le courant circule à travers les GNR de manière prévisible.

Cependant, lorsqu'elles sont exposées aux rayonnements gamma, les molécules réactives générées dans l'air environnant interagissent avec les bords des rubans, modifiant légèrement leurs propriétés sans affecter leur structure globale. Ces subtiles altérations au niveau quantique conduisent à un phénomène connu sous le nom de localisation d'Anderson, où les électrons porteurs de charge sont piégés, entraînant une forte réduction de la conductivité électrique.

Au-delà de leurs applications potentielles dans l'énergie de fusion, les GNR sont explorés pour leur rôle dans l'avancement des technologies électroniques. Leurs propriétés uniques, y compris leur résistance exceptionnelle et leur stabilité thermique, les positionnent comme des alternatives viables aux semi-conducteurs traditionnels comme le silicium. À mesure que la technologie des puces approche de ses limites physiques, des matériaux tels que les GNR pourraient permettre des dispositifs informatiques plus rapides et plus efficaces, allant des smartphones aux systèmes d'intelligence artificielle. Les implications de cette recherche vont au-delà des paramètres de laboratoire. S'ils sont mis en œuvre avec succès, les capteurs basés sur le GNR pourraient révolutionner la façon dont les industries gèrent et surveillent les équipements dans des environnements à haute radiation.

Les chercheurs sont optimistes quant au fait que l'exploration continue de ces nanomatériaux produira des innovations qui répondront à certains des défis les plus urgents de la production d'énergie et de l'exploration spatiale.