Des équipes du CEA Paris-Saclay, du CNRS du Mans, de l'Institut Fresnel et de l'Université Libanaise ont mis en œuvre une nouvelle technique de microscopie optique permettant d'observer les nanomatériaux bidimensionnels avec une résolution inégalée et de suivre en temps réel leur fonctionnalisation chimique. Basée sur un principe optique simple mais jusque-là inexploité – la technique utilise dse couches antireflets absorbantes – la technique nommée BALM (pour Backside Absorbing Layer Microscopy) permettant l'observation de matériaux aussi fins et transparents que l'oxyde de graphène monocouche. Cet exploit expérimental, couplé à la versatilité de la technique, permet par exemple d'observer en temps réel l'adsorption de molécules ou de nanoparticules sur du graphène ou d'autres matériaux ultraminces. Mieux encore, la géométrie particulière de la microscopie BALM permet de travailler aussi bien à l'air que dans un solvant et peut être combinée à d'autres techniques d'analyse ou de modification de nanomatériaux, notamment l'électrochimie. Ce travail est publié dans la revue Science Advances.

L'analyse de larges quantités de données ou d'images, le développement des véhicules autonomes, les progrès de la robotique ou des biocapteurs, changent nos attentes vis-à-vis des puces électroniques. Si le calcul haute-précision, idéalement réalisé par les microprocesseurs conventionnels, reste incontournable, d'autres fonctionnalités sont de plus en plus recherchées, telles que les fonctions de classification. Pour celles-ci les algorithmes de type "réseaux de neurones artificiels" (ANNs) sont mieux adaptés. Ils sont aujourd'hui implémentés de façon logicielle sur des processeurs conventionnels, mais de nouvelles puces électroniques spécifiquement conçues pour ce mode de traitement de l'information permettraient d'accélérer considérablement l'analyse des données, tout en réduisant la consommation énergétique. Ces nouveaux processeurs peuvent être fabriqués à partir de la technologie silicium classique. Cependant l'une de leurs fonctions clés (coder l'intensité des connexions entre neurones) requiert une très grande quantité de mémoire non-volatile qui pourrait être plus efficacement réalisées par des mémoires résistives analogiques : des "memristors". Si de nombreux types de memristors sont à l'étude (mémoires à changement de phase, Ox-RAM, CB-RAM, etc.) aucun n'est idéalement adapté à l'application analogique visée.

Une collaboration CEA-IEF a réalisé un nouveau type de mémoires résistives analogiques organiques basées sur l'électro-greffage de molécules redox au sein de jonctions métal/organique/métal. Ces dispositifs sont intégrés en tant que synapses dans un prototype élémentaire de circuit capable d'apprendre sa fonction, selon deux règles d'apprentissage. La caractérisation des imperfections des synapses a servi de base à d'importants efforts de simulation, montrant l'effet de leur variabilité sur l'efficacité d'apprentissage du circuit. Le potentiel de cette approche est également évalué par simulation pour la réalisation de fonctions complexes comme la reconnaissance d'écriture manuscrite.

Depuis sa découverte le graphène suscite un intérêt considérable du fait de ses propriétés électriques, optiques et mécaniques exceptionnelles. Il se présente aujourd’hui comme l’un des nano-objets les plus prometteurs dans de nombreux domaines d'applications allant de l'électronique à la production et au stockage d’énergie. Au-delà de l’obtention de graphène en grande quantité et à bas coût, la qualité des feuillets de graphène et de leur assemblage sont bien entendu déterminants pour garantir les performances des dispositifs. Ces 3 conditions forment un pré-requis indispensable aux développements industriels.

Une nouvelle méthode de formation de films ultra-minces d'oxyde de graphène a été développée et optimisée par une équipe de l'IRAMIS. Cette méthode est basée sur le transfert d'un film d'eau stabilisé par des tensioactifs et contenant les nano-objets à assembler. La qualité structurale des films et du traitement de réduction du graphène, ainsi que les propriétés optiques et électriques obtenues ont été caractérisées. Les résultats montrent que les électrodes réalisées sont particulièrement performantes. Des cellules solaires prototypes basées sur des hétérojonctions silicium/carbone ont pu être élaborées par ce procédé, qui présente plusieurs avantages indéniables du point de vue de sa simplicité et de la qualité du produit obtenu.

La réalisation de composants électroniques à base de graphène est aujourd'hui un défi technologique plein de promesses, puisque l'on peut espérer bénéficier de la mobilité électronique exceptionnelle au sein de ce matériau, constitué d'un seul plan atomique d'atomes de carbone. Autre défi, la réalisation de composants électroniques organiques (électronique "souple"), permettant la réalisation de composants de haute performance à bas coût. A la convergence de ces 2 objectifs, l'équipe du LEM de l'IRAMIS/SPEC, en collaboration avec l'IEMN (Lille) et l'Université Northwestern (Depts. Mat Science and Enginering / Chemistry, Illinois, USA) a élaboré un nouveau procédé original de réalisation de transistors haute fréquence (GHz) basé sur une technique d'impression utilisant du graphène en suspension dans l'eau, stabilisée par des tensioactifs.