Les recherches du professeur de l'Université Victoria, Uli Zuelicke, contribuent à la course mondiale pour libérer le potentiel du graphène, un nouveau matériau tiré du graphite qui, selon les scientifiques, pourrait changer la donne pour de nouvelles applications électroniques.

Le graphène est une feuille d'atomes de carbone qui sont disposés dans un réseau hexagonal étroitement lié. De minuscules fragments de celui-ci sont produits chaque fois que le graphite est usé, comme lorsque vous tracez une ligne avec un crayon, et il a des propriétés presque miraculeuses.

La couche de graphène de l'épaisseur d'un atome est le matériau le plus résistant jamais mesuré ainsi que le plus mince (trois millions de feuilles de graphène les unes sur les autres ne feraient que 1 mm d'épaisseur) et le plus rigide. C'est un conducteur exceptionnel de chaleur et d'électricité et n'absorbe qu'environ 2,3% de la lumière qui le traverse, le rendant transparent.

Les scientifiques ont démontré pour la première fois que des couches uniques de graphène pouvaient être isolées en 2004 et les découvreurs ont reçu le prix Nobel de physique en 2010.

Le matériau a été présenté comme un remplacement possible du silicium et une voie vers une multitude de solutions plus rapides, appareils moins chers, y compris les écrans tactiles du futur. Un avantage clé de la fabrication d'écrans tactiles à partir de graphène élimine le besoin d'utiliser de l'indium, un métal rare en pénurie.

"Le graphène peut être fabriqué à partir de carbone, " dit le professeur Zuelicke, "qui est l'un des éléments les plus omniprésents sur terre."

Mais, il dit, Les propriétés uniques du graphène ont jusqu'à présent été largement démontrées à petite échelle et il reste encore beaucoup à faire avant de pouvoir être commercialisé.

Le domaine de recherche du professeur Zuelicke consiste à comprendre comment les électrons se comportent dans les matériaux solides tels que les semi-conducteurs. Il étudie actuellement des moyens de modéliser mathématiquement les propriétés des électrons dans le graphène dans le but ultime de découvrir comment prédire et influencer leur mouvement.

"Les électrons individuels, qui sont mobiles et transportent le courant à travers un semi-conducteur, ont des propriétés contre-intuitives qui leur permettent de se déplacer à travers une matrice d'atomes sans jamais les heurter. Ils semblent libres même s'ils sont contenus dans ce réseau serré d'atomes.

"Le prix qu'ils paient est que leur masse est modifiée par ce processus. Dans la gamme des différents types et combinaisons d'atomes, un grand nombre de complexes, de nouvelles structures sont possibles. Cela ouvre la porte à une vaste gamme de nouveaux matériaux dont chacun est comme un nouvel univers en termes de comportement des électrons."

Dans le graphène, dit le professeur Zuelicke, le changement dans le comportement des électrons est dramatique et différent de ce qui a été observé dans tout autre matériau.

"Ils ne peuvent pas accélérer ou ralentir ou changer facilement de direction. En cela, ils ont les mêmes propriétés que les particules (neutrinos) qui se déplacent à la vitesse de la lumière mais la vitesse constante des électrons dans le graphène n'est que d'environ 1/300ème de la vitesse de la lumière. Essentiellement, le comportement des électrons dans le graphène réalise une version lente de la relativité."

Le professeur Zuelicke dit que ces propriétés permettent aux scientifiques d'observer et d'en savoir plus sur la théorie de la relativité d'Einstein dans un cadre nouveau.

"Pour tester notre compréhension de la relativité, nous devons généralement accélérer les électrons pour les rapprocher de la vitesse de la lumière, mais les électrons beaucoup plus lents du graphène se comportent déjà comme leurs cousins ​​rapides dans les accélérateurs. Ils constituent un banc d'essai presque idéal pour des effets quasi-relativistes intéressants."

Travailler avec des collaborateurs aux États-Unis, Le professeur Zuelicke a presque terminé quatre années de recherche financée par Marsden et a l'intention de poursuivre le travail théorique et les applications pratiques de la recherche.

"Internationalement, il y a d'énormes efforts concentrés sur les moyens de fabriquer du graphène et de comprendre ce que nous pouvons en faire."

Il dit d'empiler des couches de graphène les unes sur les autres ou de varier la taille, la composition ou la disposition de la feuille de matériau peut créer une multitude de nouvelles propriétés.

"Notre recherche aujourd'hui est le travail de base pour trouver un nouveau paradigme de l'électronique."