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Utilisation de lasers lithographiques pour récolter du graphène super pur adapté à l’empilement – High-teK.ca

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Le graphène est un matériau au potentiel apparemment illimité. Ce remarquable réseau monocouche d’atomes de carbone a été présenté comme la solution à un grand nombre de problèmes d’ingénierie de semi-conducteurs à cellules solaires. Même avec toutes ces promesses, une seule couche de graphène n’est guère plus qu’une curiosité scientifique. Pour rendre quelque chose de vraiment utile avec le graphène, vous devez pouvoir le superposer. C’est là qu’intervient le problème, mais c’est un problème qu’un groupe de chercheurs de l’Université de Nankai en Chine espère avoir enfin résolu.

Une structure en couches de feuilles de graphène de haute pureté pourrait tirer parti des hétérostructures dites de van der Waals pour servir de base à des supercondensateurs ou à des semi-conducteurs. Cela pourrait ouvrir un nouveau domaine de la science des matériaux et de la physique. Cependant, amener le graphène dans une telle orientation sans introduire d’impuretés n’est pas une mince affaire.

Dans un monde idéal, les chercheurs auraient simplement des feuilles de graphène auto-assemblées dans les hétérostructures nécessaires plutôt que de les déplacer manuellement en place, mais personne n’a encore trouvé de moyen de le faire. L’alternative est de créer du graphène pur et de le déplacer simplement. Aligner les minuscules flocons de réseau de carbone demande une grande précision, mais les techniques n’ont pas beaucoup évolué au fil des ans.

Le graphène de la plus haute qualité est toujours obtenu à partir de flocons qui ont été cisaillés d’un plus gros morceau de carbone. Les chercheurs utilisent une feuille adhésive – essentiellement du ruban adhésif – pour rassembler ces flocons. Ceci est remarquablement similaire à la technique utilisée pour isoler le graphène par Andre Geim et Konstantin Novoselov il y a dix ans. Le problème avec l’utilisation de cette approche pour déplacer le graphène est qu’elle a tendance à ramasser non seulement les feuilles de carbone que vous voulez, mais aussi tous les déchets que vous ne voulez pas.

Le nouveau processus développé par l’équipe de l’Université de Nankai dirigée par Xu-Dong Chen commence par récolter du graphène de haute qualité de la manière habituelle. Cependant, les feuilles nécessaires sont découpées au laser pour assurer un haut niveau de précision. Ensuite, tout le substrat est recouvert de résine photosensible, un matériau photosensible utilisé en lithographie.

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Graphène à motifs

L’équipe de Xu-Dong Chen a fait une véritable percée en utilisant le laser pour tracer les flocons de graphène précédemment modelés. La lumière laser dissout la résine photosensible pour révéler le flocon de graphène en dessous. Avec tous les autres graphènes et contaminants indésirables contenus en toute sécurité sous la résine photosensible, les chercheurs peuvent utiliser la méthode éprouvée du scotch pour récolter le graphène parfaitement sculpté.

Cette nouvelle capacité à créer des hétérostructures de van der Waals permettra aux scientifiques d’explorer plus en détail les propriétés du graphène. Les tentatives précédentes pour créer du graphène en couches n’ont dépassé que six couches, mais la méthode développée par l’Université de Nankai pourrait en produire beaucoup plus. Le contrôle précis du graphène est peut-être exactement ce dont les chercheurs ont besoin pour tester ce qui n’était auparavant qu’hypothèse et conjecture

Nous savons que la distance entre les couches d’oxyde de cuivre, ainsi que l’orientation des couches affectent la supraconductivité globale du matériau. Il pourrait en être sensiblement de même avec le graphène, qui possède des propriétés électriques et mécaniques bien plus intéressantes que les matériaux conventionnels. Les scientifiques pourraient enfin être sur la bonne voie pour comprendre le rôle du graphène dans l’avenir de l’électronique.

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Document de recherche: arxiv.org/abs/1308.5514 – « Le transfert sélectif du graphène à motifs »

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