Structure électronique de nanorubans de graphène avec des contacts métalliques : une étude ab initio

Le graphène, monocouche de carbone aux propriétés inégalées, attire depuis quelques années beaucoup d'attention dans le milieu scientique et technologique. En électronique,son dernier rejeton, le nanoruban - une étroite lanière de graphène-, pourrait bien voler la vedette. Son comportement semi-conducteur et son épaisseur atomique sont des qualités avantageuses dans la course à la miniaturisation des dispositifs tels que les transistors. Toutefois, qui dit dispositifs dit nécessairement contacts métalliques. Hors, à petite échelle, ceux-ci peuvent avoir un effet critique. Par exemple, les états de gap induits par le métal sont susceptibles de court-circuiter les dispositifs les plus courts. Dans cette optique, l'interaction de contacts métalliques d'or, de palladium et de titane avec des nanorubans de taille finie a été étudiée à l'aide de calculs ab initio dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité. Cette approche théorique a permis d'étudier isolément puis de mettre en relation quatre aspects importants de la jonction métal-nanoruban : le caractère de la liaison, le transfert de charge, les effets électrostatiques et les états de gap induits. Le projet avait aussi pour objectif d'étudier les effets de taille liés aux dimensions du ruban et à évaluer la taille minimale envisageable pour préserver un éventuel dispositif de l'effet néfaste des états de gap. Outre leur haut niveau de précision, ces calculs se distinguent des travaux antérieurs par la prise en compte des effets de taille finie qui s'avèrent souvent prédominants pour les rubans de dimensions réduites. Cette modélisation a permis de montrer que tout comme pour le graphène bidimensionnel, les nanorubans peuvent se lier à un métal de deux manières différentes dépendamment de la configuration électronique du métal. Dans un premier cas, il y a physisorption avec le contact d'or, c'est-à-dire une liaison faible dans laquelle ruban et électrode demeurent relativement éloignés. D'autre part, le titane, de par sa forte densité d'états au niveau de Fermi, mène quant à lui à une liaison beaucoup plus forte du type chimisorption caracterisée par une forte hybridation entre les orbitales du métal et celles du nanoruban de graphène. Celle-ci fait apparaître des états évanescents dans le gap du ruban particulièrement intenses. Le palladium représente un cas intermédiaire présentant une hybridation moins importante. On observe que pour les trois métaux étudiés, immédiatement sous le contact, la densité électronique dans le ruban diminue au profit du contact. En effet, toute liaison est accom-