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La découverte du graphène torsadé pourrait enfin rendre possible l’électronique ultra-rapide – High-teK.ca

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La dernière décennie a vu un intérêt explosif pour le graphène, une feuille d’atomes de carbone d’une seule épaisseur moléculaire aux propriétés étonnantes. Il a été présenté comme un matériau potentiellement révolutionnaire pour les circuits intégrés, transistors, batteries, cellules solaires, etc. Malgré des recherches approfondies et le développement de produits, graphène a fait très peu d’apparitions en dehors du laboratoire. L’une des raisons à cela est l’extraordinaire conductivité du graphène – c’est tout simplement trop bon. Des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory du Département américain de l’énergie pensent avoir découvert la raison pour laquelle le graphène a résisté aux efforts visant à contrôler sa conductivité.

L’une des premières utilisations proposées pour le graphène était dans la construction de transistors ultra-rapides. Le graphène peut conduire des électrons à une vitesse proche de la lumière – environ 100 fois plus vite qu’à travers le silicium. De plus, le graphène est flexible et résistant, ce qui le rend idéal pour une variété de procédés de fabrication. Comme nous lutte pour presser plus de transistors dans le même domaine, l’efficacité accrue que le graphène pourrait fournir serait inestimable. Avant que cela ne se produise, les scientifiques doivent trouver un moyen de réduire la conduction électronique du graphène, une exigence absolue pour les appareils avec des états allumés et éteints, comme les transistors.

Pourquoi le graphène est-il si difficile à contrôler ? Une seule couche de graphène est si efficace électriquement qu’elle est considérée comme n’ayant pas de bande interdite. Une bande interdite est une plage d’énergie dans laquelle aucun état électronique ne peut exister, donc aucune conductivité. Semi-conducteurs ont des bandes interdites petites mais non nulles leur permettant de basculer entre les états – de zéro à un – très rapidement. Tenter de créer artificiellement des bandes interdites dans le graphène bicouche pour moduler le courant s’est avéré inefficace, mais l’équipe du laboratoire de Berkeley semble avoir découvert pourquoi.

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graphèneLors de la superposition de feuilles simples de graphène pour créer les bicouches nécessaires à l’électronique, les recherches ont révélé que de minuscules désalignements surgissaient, entraînant une minuscule torsion dans le produit final. Même si le décalage peut être aussi petit que 0,1 degré, il a d’énormes implications dans les propriétés électriques.

Des études spectrographiques ont montré que les torsions de graphène généraient des fermions de Dirac sans masse – électrons qui se comportent comme des photons. Cela signifie qu’ils ne sont pas soumis aux bandes interdites d’ingénierie que les chercheurs ont essayé de perfectionner dans le graphène bicouche. C’est pourquoi les expériences passées n’ont pas réussi à arrêter de manière fiable le flux d’électrons à travers les composants du graphène.

Les chercheurs pensent qu’après avoir identifié la torsion subtile dans le graphène bicouche, il sera possible de développer un meilleur processus de fabrication qui empêche la torsion. Ce ne sera pas facile, cependant. Aussi peu que dix atomes décalés par micromètre carré pourraient provoquer une torsion suffisante pour empêcher les bandes interdites de fonctionner. Pourtant, le mystère est résolu et nous sommes plus proches que jamais d’une électronique plus rapide avec du graphène.

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Document de recherche : doi : 10.1038/nmat3717 – “Fermions de Dirac massifs et sans masse coexistants dans le graphène bicouche à symétrie brisée”

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