Mouvement des pointes de Dirac. Image (c) La nature , doi:10.1038/nature10871
(PhysOrg.com) -- Alors que les chercheurs continuent d'étudier le graphène et ses attributs uniques, ils se retrouvent fixés sur différents domaines de ses propriétés. L'une de ces propriétés est qu'en raison de sa structure en treillis, Le graphène est un semi-conducteur à "zéro-gap". Cela signifie que ses bandes de conduction et de cantonnière électronique se touchent en certains points, ce qui signifie qu'il n'y a pas d'écart énergétique entre eux, comme c'est le cas avec les matériaux semi-conducteurs actuels. Et cela signifie que l'association quantité de mouvement et énergie ressemble beaucoup à celle des photons, ce qui implique que les électrons pourraient se déplacer à des vitesses approchant la vitesse de la lumière. Ces parties de la structure du graphène sont appelées points de Dirac. Jusqu'à maintenant cependant, personne n'a pu voir de preuves réelles de tels points, beaucoup moins les manipuler.
Maintenant, Tilman Esslinger et ses collègues chercheurs de l'Institut d'optique quantique de l'ETH Zurich ont trouvé un moyen de le faire en simulant le graphène et ses propriétés à l'aide d'un réseau créé au laser rempli d'atomes de potassium-40. Ils rendent compte de leurs découvertes dans le journal La nature .
L'expérience a commencé par refroidir des atomes de potassium-40, les laissant léthargiques pour qu'ils ne s'éloignent pas de l'intérieur du réseau. Leur rôle était de servir de remplaçants aux électrons se déplaçant dans le graphène. Puis, pour créer le treillis, l'équipe a tiré un laser perpendiculairement à un autre, provoquant une interférence entre les deux. Un troisième faisceau laser avec une longueur d'onde légèrement différente a ensuite été ajouté pour créer une onde stationnaire. Dans ce scénario, le treillis carré qui en résultait pouvait être ajusté en ajustant le troisième faisceau. L'équipe a ensuite testé le réseau pour les points de Dirac en accélérant les atomes et en mesurant leurs trajectoires et en a trouvé deux en notant que l'élan entre les cellules du réseau ne ralentissait pas, ce qui signifie qu'il n'y avait pas d'écart. Mieux encore, l'équipe a découvert qu'en ajustant le treillis, ils pouvaient manipuler les points de Dirac, en les déplaçant ou même en les faisant disparaître complètement.
La distribution de densité des atomes de potassium mesurée après accélération par les points de Dirac (gauche et centre), et sans pointe de Dirac (à droite). La rangée supérieure montre les régions correspondantes de la structure de bande calculée. (Image :Groupe de recherche de Tilman Esslinger / ETH Zurich)
Dans une tournure intéressante des événements, une autre équipe adoptant une approche complètement différente a également réussi à trouver un moyen de montrer l'existence des points de Dirac et de les manipuler également en synthétisant une forme de graphne et en l'organisant dans le treillis de grillage familier au-dessus d'un substrat conducteur et puis en le manipulant avec un microscope à effet tunnel. Ils ont également publié leurs résultats dans La nature .
Trouver des moyens de montrer comment les points de Dirac peuvent être manipulés aidera à trouver des moyens d'utiliser le graphène dans des applications du monde réel qui pourraient donner lieu à de nouveaux matériaux exotiques dotés de propriétés électroniques uniques, menant à des produits finis qui, dans certains cas, ne peuvent même pas encore être imaginés.
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