(PhysOrg.com) -- Les physiciens ont étudié le graphène le plus pur à ce jour, et ont découvert que le matériau possède une qualité électronique sans précédent. La découverte a élevé la barre pour ce matériau relativement nouveau, et met les scientifiques au défi de découvrir à quel point le graphène peut être parfait.

L'équipe de scientifiques, Petr Neugebauer, et al, du Laboratoire des Champs Magnétiques Élevés de Grenoble en France, a publié son étude dans un récent numéro de Lettres d'examen physique , appelé « À quel point le graphène peut-il être parfait ? » Les scientifiques ont découvert que leur échantillon de graphène naturel possédait une mobilité des porteurs presque deux ordres de grandeur supérieure à celle des autres types de graphène, et un temps de diffusion qui dépasse de manière significative ceux rapportés dans tous les échantillons de graphène artificiel. Les deux propriétés pourraient ouvrir la porte à de futurs développements dans les technologies du graphène.

"La principale découverte de notre article est sans aucun doute la découverte qu'il existe du graphène d'une qualité exceptionnellement élevée dans la nature, bien mieux que les spécimens artificiels préparés par l'une des méthodes actuelles, soit par exfoliation du graphite massif ou croissance épitaxiale, », a déclaré le co-auteur Milan Orlita PhysOrg.com . « La question pour la technologie actuelle n'est donc plus de savoir si la qualité des spécimens d'aujourd'hui peut être augmentée de manière significative, mais plutôt, comment faire. Et c'est juste la qualité des spécimens qui est, comme le croient de nombreux chercheurs, limitant les progrès ultérieurs de la physique du graphène.

Expérimentalement réalisé pour la première fois en 2004, le graphène est constitué d'une feuille d'atomes de carbone d'une épaisseur d'un atome disposée en un réseau hexagonal en nid d'abeilles, lui donnant l'apparence de grillage. Le graphène est la pierre angulaire de plusieurs autres allotropes du carbone :par exemple, des feuilles de graphène empilées créent du graphite ; enroulé, ils fabriquent des nanotubes de carbone; et roulé dans une sphère, ils deviennent des buckyballs. Par conséquent, trouver une forme plus parfaite de graphène pourrait avoir des implications importantes pour de nombreux domaines de la nanotechnologie et de la science des matériaux.

Comme l'expliquent les physiciens dans leur étude, il y a eu beaucoup de recherches pour explorer les propriétés électrodynamiques quantiques du graphène. Cependant, les progrès ultérieurs semblent être limités par la qualité électronique insuffisante des structures de graphène artificielles. En outre, Le substrat de graphène et d'autres milieux environnants ont tendance à dégrader la qualité électronique des échantillons de graphène. Des échantillons de meilleure qualité sont essentiels pour explorer les limites réalistes et les phénomènes quantiques du graphène.

Dans une étude publiée plus tôt cette année dans Lettres d'examen physique , une autre équipe de scientifiques a découvert une forme de graphène composée de flocons de graphène bien définis sous la forme de feuilles situées sur - mais découplées de - la surface du graphite en vrac (Li, et al .). Non seulement ce graphène est bien structuré, mais le graphite sous-jacent sert également de substrat bien adapté pour étudier la couche de graphène, c'est ce que font les scientifiques grenoblois dans la présente étude.

Comme l'expliquent les scientifiques, le mécanisme physique derrière les bonnes propriétés électroniques du graphène pur est dû à ses caractéristiques quantiques - en particulier, sa quantification bien définie. Dans les expériences, les scientifiques ont découvert que les états électroniques de type Dirac du graphène sont quantifiés dans des champs magnétiques jusqu'à 1 milliTesla, et ils s'attendent à ce que la quantification survive aussi bas que 1 microTesla.

Les nouvelles mesures de la mobilité extrêmement élevée des porteurs du graphène ont fixé de nouvelles limites étonnamment élevées pour les propriétés potentielles du graphène. Les physiciens espèrent que la question de savoir à quel point le graphène peut être parfait aura une réponse ultime qui augure bien pour les développements futurs des technologies du graphène, bien qu'Orlita ait noté que les candidatures pourraient ne pas arriver avant un certain temps.

"À mon avis, nous sommes encore relativement loin des applications réelles du graphène et la plupart des travaux actuels sur le graphène sont motivés par l'intérêt fondamental, " il a dit. "Néanmoins, seule la recherche fondamentale demande des échantillons de meilleure qualité, comme il existe un certain nombre de phénomènes prédits théoriquement (par exemple liés à l'électrodynamique quantique sur les fermions de Dirac), qui doivent encore être confirmés expérimentalement.

Plus d'information: P. Neugebauer, M. Orlita, C. Faugeras, AL. Barra, M. Potemski. « À quel point le graphène peut-il être parfait ? » Lettres d'examen physique . 103, 136403 (2009). DOI :10.1103/PhysRevLett.103.136403

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