15/03/2012 - Un nouveau matériau imite les propriétés exotiques du graphène

Menéame

Des chercheurs de l’Université de Stanford (États-Unis) et du Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC) ont mis au point un matériel qui imite les propriétés exotiques du graphène. Le travail, qui est publié cette semaine dans 'Nature', ouvre la voie pour synthétiser à grande échelle des matériaux ayant des propriétés semblables au graphène et de nouveaux dispositifs sur mesure.

Le graphène, à cheval entre un métal et un semi-conducteurs, est bidimensionnel et se caractérise par une seule couche d’atomes de carbone placés dans un réseau hexagonal; il est transparent, imperméable, dur et élastique et a certaines déformations qui donnent lieu à des champs magnétiques très élevés. Lorsque les prix Nobel de physique 2010 Andre Geim et Konstantin Novoselov, de l’Université de Manchester, ont réussi à isoler ce matériel il y a huit ans, ils ont également ouvert les portes à la connaissance de ces propriétés uniques.

"Les électrons du graphène se comportent comme des particules élémentaires de masse zéro, c’est-à-dire qu’ils se déplacent à des vitesses proches de celles de la lumière. En outre, les déformations du réseau cristalline produisent des effets similaires à ceux d’un champ magnétique, mais beaucoup plus importants que ceux qui peuvent être obtenus dans un laboratoire sur Terre," souligne la Guinée, coauteur de l’étude et Prix national de recherche 2011 en sciences physiques.

Un remplaçant potentiel

Ces particularités ont maintenant été reproduites en plaçant des molécules d’oxyde de carbone (CO) "dans des positions appropriées" sur une surface de cuivre. Grâce à un microscope électronique, les scientifiques ont réussi à "pousser" ces molécules. La propagation des électrons le long de la surface de cuivre a été modifiée par les molécules, ce qui a donné des propriétés qualitativement semblables à celles du graphène.

Les scientifiques travaillent avec ce matériel depuis des années et pensent que les applications ‐dans des domaines aussi divers que l’électronique, la téléphonie mobile, l’aviation ou les processeurs d’hydrocarbures- ne se feront pas attendre. Le principal problème est qu’il n’est pas encore possible de disposer de quantités suffisantes pour la fabrication à grande échelle.

Selon la Guinée, la méthode de fabrication décrite dans ce travail représente une étape supplémentaire dans l’obtention future de matériaux ayant des propriétés similaires au grafène, mais amplifiées ou modifiées. "Notre méthode nous a permis d’obtenir toutes sortes de déformations et de champs pseudomagnétiques. En outre, nous avons atteint un degré de contrôle de ces propriétés que dans le grafène il est très difficile d’obtenir," ajoute le chercheur.

La fabrication et la caractérisation ultérieure du nouveau matériel ont été réalisées à l’Université Stanford, en Californie (États-Unis). Les résultats ont été comparés à des modèles théoriques développés à l’Institut de science des matériaux de Madrid (CSIC).

Référence bibliographique:

Kenjiro K. Gomes, Warren Mar, Wonhee Ko, Francisco Guinea, y Hari C. Manoharan. “Designer Dirac fermions and topological phases in molecular grapheme”. Nature 483, 15 de marzo de 2012. DOI: 10.1038/nature10941.

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