(PhysOrg.com) -- Des chercheurs du National Institute of Standards and Technology ont montré que les propriétés électroniques de deux couches de graphène varient à l'échelle nanométrique. Les nouveaux résultats surprenants révèlent que non seulement la différence de force des charges électriques entre les deux couches varie d'une couche à l'autre, mais ils inversent également leur signe pour créer des flaques de charges positives et négatives alternées, réparties au hasard. Signalé dans Physique de la nature , les nouvelles mesures rapprochent le graphène de son utilisation dans des appareils électroniques pratiques.

Graphène, une seule couche d'atomes de carbone, est prisé pour ses propriétés remarquables, dont le moindre n'est pas la façon dont il conduit les électrons à grande vitesse. Cependant, l'absence de ce que les physiciens appellent une bande interdite - un seuil énergétique qui permet d'allumer et d'éteindre un transistor - rend le graphène inadapté aux applications électroniques numériques.

Les chercheurs savent que le graphène bicouche, constitué de deux couches de graphène empilées, agit plus comme un semi-conducteur lorsqu'il est immergé dans un champ électrique.

Selon le chercheur du NIST Nikolai Zhitenev, la bande interdite peut également se former d'elle-même en raison des variations du potentiel électrique des feuilles causées par les interactions entre les électrons du graphène ou avec le substrat (généralement un non conducteur, ou matériau isolant) sur lequel le graphène est placé.

Joseph Stroscio, membre du NIST, a déclaré que leurs mesures indiquent que les interactions avec le matériau du substrat isolant désordonné provoquent des pools d'électrons et de trous d'électrons (essentiellement, l'absence d'électrons) pour se former dans les couches de graphène. Les "pools" d'électrons et de trous sont plus profonds sur la couche inférieure car elle est plus proche du substrat. Cette différence de profondeurs de "piscine", ou densité de charge, entre les couches crée le motif aléatoire de charges alternées et la bande interdite variant dans l'espace.

Manipuler la pureté du substrat pourrait donner aux chercheurs un moyen de contrôler finement la bande interdite du graphène et pourrait éventuellement conduire à la fabrication de transistors à base de graphène qui peuvent être allumés et éteints comme un semi-conducteur.

Toujours, comme le montrent les précédents travaux du groupe, alors que ces interactions de substrat ouvrent la porte à l'utilisation du graphène comme matériau électronique pratique, ils abaissent la fenêtre sur la vitesse. Les électrons ne se déplacent pas aussi bien à travers le graphène bicouche monté sur substrat; cependant, cela peut probablement être compensé par l'ingénierie des interactions graphène/substrat.

L'équipe de Stroscio prévoit d'explorer davantage le rôle que les substrats peuvent jouer dans la création et le contrôle des bandes interdites dans le graphène en utilisant différents matériaux de substrat. Si les interactions avec le substrat peuvent être suffisamment réduites, dit Stroscio, les propriétés quantiques exotiques du graphène bicouche peuvent être exploitées pour créer un nouveau transistor à effet de champ quantique.