Écrire dans La nature , une grande équipe internationale dirigée par le Dr Roman Gorbachev de l'Université de Manchester montre que, lorsque le graphène est placé au-dessus du nitrure de bore isolant, ou « graphène blanc », les propriétés électroniques du graphène changent radicalement, révélant un motif ressemblant à un papillon.

Le motif est appelé le papillon Hofstadter insaisissable qui est connu en théorie depuis de nombreuses décennies mais jamais observé auparavant dans les expériences.

La combinaison du graphène avec d'autres matériaux dans des structures multicouches pourrait conduire à de nouvelles applications non encore explorées par la science ou l'industrie.

Le graphène est le plus fin au monde, matériau le plus solide et le plus conducteur, et promet une vaste gamme d'applications diverses; des smartphones et du haut débit ultrarapide à l'administration de médicaments et aux puces informatiques. Il a été démontré pour la première fois à l'Université de Manchester en 2004.

Les premiers essais de produits de consommation impliquant des écrans tactiles à base de graphène et des batteries pour téléphones portables et des matériaux composites pour articles de sport sont menés par de grandes sociétés multinationales.

L'une des propriétés les plus remarquables du graphène est sa conductivité élevée, des milliers de fois supérieure à celle du cuivre. Cela est dû à un motif très spécial créé par les électrons qui transportent l'électricité dans le graphène. Les porteurs sont appelés fermions de Dirac et imitent des particules relativistes sans masse appelées neutrinos, dont les études nécessitent généralement d'énormes installations comme au CERN. La possibilité d'aborder une physique similaire dans une expérience de bureau est l'une des caractéristiques les plus renommées du graphène.

Maintenant, les scientifiques de Manchester ont trouvé un moyen de créer plusieurs clones de fermions de Dirac. Le graphène est placé au-dessus du nitrure de bore afin que les électrons du graphène puissent « ressentir » les atomes de bore et d'azote individuels. Se déplaçant le long de cette « planche à laver » atomique, les électrons se réarrangent à nouveau en produisant plusieurs copies des fermions de Dirac originaux.

Les chercheurs peuvent créer encore plus de clones en appliquant un champ magnétique. Les clones produisent un motif complexe; le papillon Hofstadter. Il a été prédit pour la première fois par le mathématicien Douglas Hofstadter en 1976 et, malgré de nombreux efforts expérimentaux dédiés, pas plus qu'un aperçu flou n'a été rapporté auparavant.

En plus de l'intérêt fondamental décrit, l'étude de Manchester prouve qu'il est possible de modifier les propriétés des matériaux atomiquement minces en les superposant les uns aux autres. Cela peut être utile, par exemple, pour les applications du graphène telles que les photodétecteurs ultra-rapides et les transistors, fournissant un moyen de peaufiner ses propriétés incroyables.

Professeur André Geim, Lauréat du prix Nobel et co-auteur de l'article, dit :"Bien sûr, c'est agréable d'attraper le beau 'papillon' dont l'insaisissabilité a tourmenté les physiciens pendant des générations.

"Plus important, ce travail montre que nous sommes maintenant capables de construire un type principalement nouveau de matériaux en empilant des plans atomiques individuels dans une séquence souhaitée. »

Le Dr Gorbatchev a ajouté :« Nous avons préparé un ensemble de différents matériaux atomiquement minces similaires au graphène, puis les avons empilés les uns sur les autres, un plan atomique à la fois. De tels cristaux artificiels auraient été de la science-fiction il y a quelques années. Maintenant, ils sont la réalité dans notre laboratoire. Un jour, vous pourriez trouver ces structures dans vos gadgets."

Le professeur Geim a ajouté :"C'est une étape importante au-delà du" simple graphène ". Nous jetons maintenant les bases d'un nouveau domaine de recherche qui semble plus riche et encore plus important que le graphène lui-même."