(PhysOrg.com) -- Saviez-vous que la mine de crayon pourrait bien finir par changer le monde ? Le graphène est le matériau à partir duquel le graphite, le noyau de votre crayon n°2, est fait. C'est aussi le dernier "matériau merveilleux, " et peut être le prochain grand espoir de l'industrie électronique pour la création d'appareils électroniques extrêmement rapides. Des chercheurs de la North Carolina State University ont trouvé l'un des premiers obstacles à l'utilisation du graphène en prouvant que sa conductivité diminue considérablement lorsque plus d'une couche est présent.

La structure du graphène est ce qui le rend prometteur pour l'électronique. En raison de la façon dont ses atomes de carbone sont disposés, ses électrons sont très mobiles. Les électrons mobiles signifient qu'un matériau doit avoir une conductivité élevée. Mais le physicien de NC State, le Dr Marco Buongiorno-Nardelli, et l'ingénieur en électricité et informatique de NC State, le Dr Ki Wook Kim, voulaient trouver un moyen d'étudier le comportement du "vrai" graphène et de voir si c'était réellement le cas.

« Vous pouvez parler de la structure électronique du graphène, mais vous devez considérer que ces électrons n'existent pas seuls dans la matière, », dit Buongiorno-Nardelli. « Il y a des impuretés, et, surtout, il y a des vibrations présentes des atomes dans le matériau. Les électrons rencontrent et interagissent avec ces vibrations, et cela peut affecter la conductivité du matériau.

Buongiorno-Nardelli, Kim et les étudiants diplômés Kostya Borysenko et Jeff Mullen ont développé un modèle informatique qui prédirait la conductivité réelle du graphène, à la fois sous forme de couche unique et sous forme de bicouche, avec deux couches de graphène superposées. Il était important d'étudier le modèle bicouche car les appareils électroniques réels ne peuvent pas fonctionner avec une seule couche du matériau présent.

« Vous ne pouvez pas fabriquer un semi-conducteur avec une seule couche de graphite, », explique Buongiorno-Nardelli. « Pour faire un appareil, le matériau conducteur doit avoir un moyen par lequel il peut être éteint et allumé. Et la bicouche offre une telle capacité.

Avec l'aide des ordinateurs hautes performances des laboratoires nationaux d'Oak Ridge, l'équipe de NC State a découvert à la fois de bonnes et de mauvaises nouvelles sur le graphène. Leurs résultats apparaissent comme une suggestion de l'éditeur dans l'édition du 15 avril de Examen physique B .

Avec une seule couche de graphène, la mobilité - et donc la conductivité - montrée par les simulations des chercheurs s'est avérée bien supérieure à ce qu'ils avaient pensé à l'origine. Cette bonne nouvelle était équilibrée, cependant, par les résultats de l'état bicouche.

« Nous nous attendions à ce que la conductivité des électrons dans le graphène bicouche soit un peu pire, en raison de la manière dont les vibrations des atomes dans chaque couche individuelle interagissent les unes avec les autres, ", dit Mullen. « Étonnamment, nous avons constaté que la mobilité des électrons dans le graphène bicouche est à peu près un ordre de grandeur inférieur à celui d'une seule feuille de graphène.

« La réduction est substantielle, mais même ce nombre réduit est plus élevé que dans de nombreux semi-conducteurs conventionnels, », ajoute Boryssenko.

Buongiorno-Nardelli dit que les chercheurs de l'État de la Caroline du Nord se penchent sur la résolution de ce problème.

« Si nous plaçons le graphène sur un substrat qui peut « siphonner » une partie de la chaleur générée par le courant électrique, les vibrations du cristal diminueront et la mobilité augmentera. Ce sont nos prochaines étapes - exécuter les simulations avec du graphène et des substrats qui ont cette propriété. »