Ce schéma montre du graphène illuminé par un laser. En interagissant avec les électrons du graphène, le champ laser peut produire des bandes interdites dans la structure électronique du graphène. Crédit image :Luis E. F. Foa Torres.
(PhysOrg.com) -- L'une des caractéristiques les plus souvent citées du graphène - le réseau cristallin bidimensionnel fait de carbone - est ses propriétés électroniques uniques. Bon nombre de ces propriétés électroniques rendent le graphène attrayant en tant que matériau pour l'électronique à base de carbone. Mais aussi parmi ces propriétés, le graphène est un semi-conducteur sans faille. Comme l'explique le physicien Luis Foa Torres, le fait que le graphène n'ait pas de bande interdite est son talon d'Achille, ce qui rend difficile son intégration dans des appareils électroniques.
« Dans les semi-conducteurs, il existe une région d'énergie appelée bande interdite où il n'y a pas d'états électroniques disponibles, » Foa Torres, à l'Université nationale de Cordoue à Cordoue, Argentine, Raconté PhysOrg.com . « On dit que la densité de porteurs y est nulle. Si votre appareil est connecté entre deux électrodes et qu'aucun état n'est disponible, alors le courant électrique qui le traverse peut être rendu très petit. Un semi-conducteur sans espace, également appelé semi-conducteur sans gap, est un matériau où la densité d'états électroniques s'annule en un seul point. C'est le cas du graphène, où les bandes pi et pi* se touchent en un seul point, la pointe dite de Dirac. En pratique, ils se comportent comme n'ayant pas d'écart du tout.
« L'absence de bande interdite signifie que le graphène ne peut pas être« éteint, '", a-t-il expliqué. « Avoir des courants « on » et « arrêt » peut coder des informations telles que les 1 et les 0 nécessaires pour l'informatique et est crucial pour les appareils électroniques actifs tels que les commutateurs et les transistors. C'est la raison pour laquelle l'absence de bande interdite est l'un des principaux inconvénients qui entravent de nombreuses applications de ce matériau exceptionnel.
Dans une nouvelle étude, Foa Torres et ses coauteurs se sont penchés sur ce problème. En analysant la façon dont un champ laser interagit avec les électrons du graphène, les chercheurs ont prédit que le fait d'éclairer un laser infrarouge moyen sur le graphène peut produire des bandes interdites dans sa structure électronique. Plus loin, les chercheurs prédisent que les bandes interdites pourraient être réglées en contrôlant la polarisation du laser. Comme Foa Torres l'a expliqué, la clé de la façon dont la lumière polarisée "ouvre" les bandes interdites dans le graphène implique des électrons interagissant avec le champ laser.
« Imaginez un électron en mouvement, dire de gauche à droite, dans une région éclairée par le champ laser, " a-t-il dit. « Ensuite, ce qui se passe, c'est que l'électron interagit avec le rayonnement en absorbant ou en émettant des photons. Cette interaction conduit à la réflexion ou à la rétrodiffusion de l'électron, comme cela aurait heurté un mur :la bande interdite. Contrairement aux bandes interdites habituelles, celui-ci est produit dynamiquement par le laser.
En montrant qu'un champ laser pouvait être utilisé pour régler la structure électronique du graphène, l'étude a à la fois des implications fondamentales et des applications technologiques.
"L'interaction entre la structure électronique particulière du graphène et le laser peut aider à induire des états exotiques de la matière tels que des isolants topologiques, des matériaux isolants dans la masse mais présentant une conduction robuste en surface, ", a déclaré Foa Torres. « D'un autre côté, d'un point de vue appliqué, Je considère que ces bandes interdites induites par laser pourraient ouvrir la voie à une nouvelle génération de dispositifs optoélectroniques, dispositifs qui transforment les signaux optiques en signaux électriques.
Pour Foa Torres et ses coauteurs, la prochaine étape cruciale est la vérification expérimentale.
« La vérification expérimentale de nos résultats est l'un des principaux moteurs de notre projet, " a-t-il dit. « Dans le but de permettre aux expérimentateurs de pouvoir les vérifier, nous avons effectué un réglage très fin des paramètres tels que la fréquence laser, amplitude, etc. Au cours des derniers mois, nous avons reçu des commentaires très précieux de groupes expérimentaux de haut niveau aux États-Unis et en Espagne qui sont intéressés par notre proposition. Comme toujours, il y a sûrement encore des problèmes à résoudre avant que cela ne devienne réalité mais il faut y aller étape par étape. La porte est maintenant ouverte, nous entrons tout juste dans une terra incognita prometteuse.
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