(Phys.org) - Juste un atome d'épaisseur, 200 fois plus résistant que l'acier et un conducteur presque parfait, L'avenir du graphène en électronique est presque certain. Mais pour rendre utile ce supermatériau carboné, il doit s'agir d'un semi-conducteur - un matériau qui peut basculer entre les états isolant et conducteur, qui constitue la base de toute l'électronique aujourd'hui.

Alliant expérience et théorie, Les chercheurs de Cornell ont fait un pas de plus pour faire du graphène un produit utile, matériel contrôlable. Ils ont montré que lorsqu'ils sont cultivés en couches empilées, le graphène produit des défauts spécifiques qui influencent sa conductivité.

Côté expérimentation, un groupe de recherche a imagé et analysé la structure et le comportement de feuilles de graphène empilées les unes sur les autres, appelé graphène bicouche. Le groupe, publication en ligne le 24 juin dans Actes de l'Académie nationale des sciences , comprend Paul McEuen, le professeur de physique Goldwin Smith et directeur du Kavli Institute à Cornell pour la science à l'échelle nanométrique; David Muller, professeur de physique appliquée et d'ingénierie et co-directeur Kavli; et le parc Jiwoong, professeur agrégé de chimie et de biologie chimique et membre de Kavli.

Ils ont montré qu'au lieu de feuilles plates d'atomes de carbone répétés disposés comme du grillage, quand le graphène pousse des couches, ça ondule, comme un tapis mur à mur dépassant les dimensions de la pièce. Ces ondulations, appelés solitons, sont comme des autoroutes électriques qui permettent aux électrons de tirer d'un bout à l'autre de la feuille. Le reste du graphène non ondulé, lorsqu'il est empilé, est semi-conducteur.

Précédemment, les théoriciens avaient prédit que le graphène bicouche serait uniformément semi-conducteur lorsqu'il est empilé et décalé - de la même manière qu'une feuille de boules de billard s'empilerait si les boules (atomes) étaient nichées dans les espaces intermédiaires. Mais la théorie n'a pas marché, et les chercheurs de Cornell soutiennent maintenant que c'est à cause des solitons.

"Les gens pensaient que le graphène était parfaitement empilé partout, mais en vérité il a ces drôles de solitons structuraux qui donnent lieu à de l'électronique, canaux unidimensionnels, " a déclaré McEuen. "Toutes ces complexités se cachaient."

Un groupe de recherche distinct dirigé par Eun-Ah Kim, professeur adjoint de physique, publié un article la même semaine dans Examen physique X qui décrit les mathématiques et la théorie derrière les propriétés électriques des solitons et comment ils s'intègrent dans l'image du graphène bicouche que la collaboration de McEuen a étudiée.

"Idéalement, nous aimerions contrôler le graphène, " dit Kim. " Nous aimerions nous débarrasser des solitons, ou peut-être que nous voudrions faire un bien contrôlé, autoroute électrique unidimensionnelle mais n'en a pas autant. Si nous trouvons comment contrôler le graphène, contrôler où sont les solitons, nous pouvons ouvrir de nouvelles voies pour contrôler le graphène bicouche."

Le papier dirigé par McEuen, "Strain Solitons et défauts topologiques dans le graphène bicouche, " comprenait des travaux d'étudiants diplômés Jonathan Alden, Wei Tsen et Pinshane Huang. Il a été soutenu par l'Air Force Office of Scientific Research et la National Science Foundation.

Le papier dirigé par Kim, "États de bord topologiques à une limite d'inclinaison dans le graphène multicouche fermé, " inclus les travaux de l'associé postdoctoral Abolhassan Vaezi, étudiant diplômé Darryl Ngai, et Yufeng Liang et Li Yang de l'Université de Washington. Leurs travaux ont également été soutenus par la National Science Foundation, y compris une subvention CARRIÈRE NSF.