Le graphène a créé des attentes élevées, comme un fort, très mince, matériau bidimensionnel qui pourrait également servir de base à de nouveaux composants dans les technologies de l'information. Il existe donc un énorme besoin de caractérisation des dispositifs au graphène. Cela peut être fait en utilisant la spectroscopie Raman. La lumière laser est envoyée à l'échantillon de matériau, et les photons diffusés nous renseignent sur les rotations et les vibrations des molécules à l'intérieur, et donc sur la structure cristalline. En moyenne, seulement environ 1 photon sur 10 millions est diffusé de cette manière. Cela rend non seulement difficile la détection des bonnes informations, il est également très lent :cela peut prendre une demi-seconde pour imager un seul pixel. La question est de savoir si Raman reste la meilleure option, ou s'il existe de meilleures alternatives. Les chercheurs Sachin Nair et Jun Gao prennent la spectroscopie Raman comme point de départ, mais parviennent à améliorer drastiquement la vitesse :non pas en changeant la technique elle-même, mais en ajoutant un algorithme.

Réduction de bruit

Cet algorithme n'est pas inconnu dans le monde du traitement du signal et il s'appelle Analyse en Composantes Principales. Il est utilisé pour améliorer le rapport signal sur bruit. L'ACP détermine les caractéristiques du bruit et celles du signal « réel ». Plus l'ensemble de données est grand, plus cette reconnaissance est fiable, et plus le signal réel peut être distingué. Mis à part cela, les instruments Raman modernes ont un détecteur appelé dispositif à couplage de charge à multiplication d'électrons (EMCCD) qui améliore le rapport signal/bruit. Le résultat net de ce travail est que le traitement d'un pixel ne prend pas une demi-seconde, mais seulement 10 millisecondes ou moins. Cartographier un seul échantillon ne prend plus des heures. Une caractéristique importante pour les matériaux vulnérables comme l'oxyde de graphène est que l'intensité du laser peut être abaissée de deux ou trois ordres de grandeur. Ce sont des avancées majeures pour maîtriser rapidement les propriétés des matériaux.

Polyvalent

Sauf pour le graphène, la technique Raman améliorée peut également être utilisée pour d'autres matériaux bidimensionnels comme le germanène, silicène, bisulfure de molybdène, le disulfure de tungstène et le nitrure de bore. L'utilisation de l'algorithme n'est pas limitée à la spectroscopie Raman; des techniques telles que la microscopie à force atomique et d'autres techniques hyperspectrales pourraient également en bénéficier.

La recherche a été effectuée dans le groupe Physique des fluides complexes du professeur Frieder Mugele, partie de l'Institut MESA + de l'UT. Les chercheurs ont collaboré avec le groupe Medical Cell BioPhysics et le groupe Physique des interfaces et nanomatériaux, à la fois de l'Université de Twente ainsi.