Des chercheurs de l’EPFL et de l’ICFO ont réalisé un dispositif réglable en graphène pour une détection ultra-précise de nanomolécules telles que des protéines ou des médicaments. C’est l’une des premières fois que les propriétés électroniques et optiques uniques du graphène sont utilisées dans le cadre d’une application. Le travail est publié dans Science.
Les chercheurs ont utilisé le graphène pour améliorer une méthode bien connue de détection de molécule : la spectroscopie par absorption infrarouge. Traditionnellement, on utilise la lumière pour exciter les molécules à analyser, qui vibrent de façon différente selon leur nature. A l’image d’une corde de guitare qui émettra différents sons selon sa longueur. Par cette vibration, les molécules trahissent leur présence et signalent leur identité. Cette «signature» peut être «lue» dans la lumière reflétée. Cette méthode n’est toutefois pas efficace pour détecter des molécules de taille nanométrique. La longueur d’onde du photon infrarouge envoyé sur la molécule est de l’ordre de 6 microns (6000 nanomètres – 0.006 mm), pour une cible de quelques nanomètres seulement (0.000001 mm). Il est dès lors très difficile de repérer dans la lumière reflétée la vibration d’une molécule si petite.
C’est ici que le graphène entre en jeu. Si on le dote d’une géométrie adéquate, il est capable de concentrer la lumière à un endroit précis de sa surface, et d’«entendre» la vibration d’une molécule nanométrique accrochée à sa structure. «Dans un premier temps, nous bombardons le graphène avec des faisceaux d’électrons, et nous y gravons des nanostructures à l’aide d’ions d’oxygène», explique Daniel Rodrigo, co-auteur de la publication. «Lorsque la lumière arrive, les électrons de ces nanostructures se mettent à osciller. Ce phénomène, connu sous le nom de «résonance plasmonique de surface localisée», a pour effet de concentrer la lumière en un point lumineux aussi petit que la molécule cible. La détection de structures nanométriques devient alors possible»….