De nos jours, le graphène est la rock star de la science des matériaux, mais il a un talon d'Achille :il est exceptionnellement sensible à son environnement électrique.

Ce nid d'abeilles d'un seul atome d'atomes de carbone est plus léger que l'aluminium, plus résistant que l'acier et conduit mieux la chaleur et l'électricité que le cuivre. Par conséquent, les scientifiques du monde entier essaient de le transformer en de meilleurs écrans d'ordinateur, panneaux solaires, écrans tactiles, circuits intégrés et capteurs biomédicaux, entre autres applications possibles. Cependant, il s'est avéré extrêmement difficile de créer de manière fiable des dispositifs à base de graphène qui atteignent leur potentiel électrique lorsqu'ils fonctionnent à température et pression ambiantes.

Maintenant, écrit dans le numéro du 13 mars du journal Communication Nature , une équipe de physiciens de Vanderbilt rapporte qu'ils ont identifié la source de l'interférence inhibant le flux rapide d'électrons à travers des dispositifs à base de graphène et trouvé un moyen de la supprimer. Cela leur a permis d'atteindre des niveaux record de mobilité des électrons à température ambiante - la mesure de la vitesse à laquelle les électrons se déplacent à travers un matériau - trois fois plus élevés que ceux rapportés dans les précédents dispositifs à base de graphène.

Selon les experts, le graphène peut avoir la mobilité électronique la plus élevée de tous les matériaux connus. En pratique, cependant, les niveaux de mobilité mesurés, tout en étant nettement plus élevé que dans d'autres matériaux comme le silicium, ont été considérablement en deçà de son potentiel.

"Le problème est que, quand tu fais du graphène, vous n'obtenez pas que du graphène. Vous obtenez également beaucoup d'autres choses, " dit Kirill Bolotin, professeur adjoint de physique, qui a mené l'étude avec l'associé de recherche A.K.M. Newaz. "Le graphène est extrêmement sensible aux influences extérieures, de sorte que les champs électriques créés par les impuretés chargées à sa surface dispersent les électrons qui traversent les feuilles de graphène, faire en sorte que les transistors à base de graphène fonctionnent plus lentement et chauffent davantage."

Un certain nombre de chercheurs avaient proposé que les impuretés chargées qui sont omniprésentes à la surface du graphène étaient les principaux coupables, mais ce n'était pas tout à fait certain. Aussi, plusieurs autres théories avaient été avancées pour expliquer le phénomène.

"Notre étude montre sans aucun doute que la merde chargée est le problème et, si vous voulez faire de meilleurs appareils au graphène, c'est l'ennemi qu'il faut combattre, " dit Bolotine.

À la fois, l'expérience n'a pas trouvé de preuves soutenant l'une des théories alternatives, que les ondulations dans les feuilles de graphène étaient une source importante de diffusion d'électrons

Afin d'appréhender le problème de la mobilité, L'équipe de Bolotin a suspendu des feuilles de graphène dans une série de liquides différents et mesuré les propriétés de transport électrique du matériau. Ils ont découvert que la mobilité des électrons du graphène est considérablement augmentée lorsque le graphène est immergé dans des liquides électriquement neutres pouvant absorber de grandes quantités d'énergie électrique (ayant de grandes constantes diélectriques). Ils ont atteint le niveau record de mobilité de 60, 000 à l'anisole, un liquide incolore avec une agréable, odeur aromatique utilisée principalement en parfumerie.

"Ces liquides suppriment les champs électriques des impuretés, permettant aux électrons de circuler avec moins d'obstructions, " dit Bolotine.

Maintenant que la source de la dégradation des performances électriques du graphène est clairement identifiée, il devrait être possible de proposer des conceptions d'appareils fiables, dit Bolotine.

Selon le physicien, l'extraordinaire sensibilité du graphène à son environnement présente également un avantage potentiel qui peut être exploité. Il devrait fabriquer des capteurs extrêmement sensibles de divers types et, car il est entièrement en carbone, il est biocompatible et devrait donc être idéal pour les capteurs biologiques.