Vous pourriez penser qu'un tel nouveau « matériau merveilleux » se situerait en dehors de votre expérience quotidienne, mais le graphène est l'exception. Lorsque vous écrivez ou dessinez avec un crayon, le graphite (la "mine" du crayon) glisse en fines couches pour laisser une traînée - la ligne sur le papier. La capacité du carbone à former une fine couche de molécules est ce qui rend le graphène spécial - et les scientifiques commencent à explorer les possibilités pour l'électronique et le calcul de grilles de carbone qui n'ont qu'une molécule d'épaisseur.
L'industrie des semi-conducteurs est la base de l'économie de haute technologie d'aujourd'hui, soutenant directement plus de 100, 000 emplois en Europe, et indirectement encore plus. Ceci a été réalisé grâce à la miniaturisation continue de la technologie « complémentaire métal-oxyde-semiconducteur » (CMOS), à base de silicium. Mais ce modèle ne durera que 10 ou 15 ans de plus.
Le défi majeur pour l'industrie des TIC est de trouver des alternatives pour le traitement et le stockage de l'information au-delà des limites des CMOS existantes. Il y a de bonnes indications que le graphène est un candidat de choix pour les composants "Au-delà du CMOS", et est, malgré son caractère révolutionnaire, complémentaire aux technologies CMOS conventionnelles.
Le graphène a fait l'objet d'une explosion scientifique depuis les expériences révolutionnaires sur ce nouveau matériau il y a moins de 10 ans, reconnu par le prix Nobel de physique en 2010 décerné au professeur Andre Geim et au professeur Kostya Novoselov, à l'Université de Manchester. Les propriétés électriques remarquables du graphène peuvent surmonter les limites physiques auxquelles le silicium est confronté alors que les transistors rétrécissent à des tailles toujours plus petites - fournissant des solutions pour l'ère "Au-delà du CMOS", nécessaires pour relever les défis de la concurrence mondiale.
Rassemblant de multiples disciplines et abordant la recherche sur un large éventail de questions, de la compréhension fondamentale des propriétés des matériaux à la production de graphène, le Flagship GRAPHENE a été lancé en octobre 2013. La recherche proposée comprend l'électronique, spintronique, photonique, plasmonique et mécanique - tous basés sur le graphène.
Dirigé par le professeur Jari Kinaret, de l'Université Chalmers de Suède, le Flagship implique plus de 126 groupes de recherche académiques et industriels dans 17 pays européens, avec 136 chercheurs principaux, dont quatre lauréats du prix Nobel. Avec un budget initial de 54 millions d'euros sur 30 mois, le consortium GRAPHENE s'agrandira pour inclure 20 à 30 autres groupes grâce à un appel ouvert à propositions de projets en novembre , d'une valeur totale de 9 millions d'euros.
« La production de graphène est évidemment au cœur de notre projet, " a déclaré le professeur Kinaret lors du lancement, mais les applications clés à examiner incluent les dispositifs électroniques et optiques rapides, électronique souple, composants légers fonctionnels et batteries avancées. Parmi les exemples de nouveaux produits activés par les technologies du graphène, citons les électronique grand public flexible et robuste, tels que le papier électronique et les appareils de communication personnels pliables, ainsi que des avions plus légers et plus économes en énergie. A plus long terme, le graphène devrait donner naissance à de nouveaux paradigmes informatiques et à des applications médicales révolutionnaires, comme les rétines artificielles.
Mettre les voiles :le graphène comme fleuron du FET
Décrit par la vice-présidente de la Commission européenne Neelie Kroes comme une « aventure audacieuse », les flagships « Technologies futures et émergentes » (FET) sont visionnaires, grande échelle, initiatives de recherche axées sur la science qui s'attaquent aux défis scientifiques et technologiques dans toutes les disciplines scientifiques. Ces nouveaux instruments de financement de la recherche de l'UE favorisent les efforts coordonnés entre l'UE et les programmes nationaux et régionaux de ses États membres, sont très ambitieux, et s'appuyer sur la coopération entre un éventail de disciplines, communautés et programmes - nécessitant un soutien jusqu'à 10 ans. Après la phase de démarrage, jusqu'en mars 2016 dans le cadre de l'actuel « septième programme-cadre » pour la recherche (7e PC) de l'UE, les travaux se poursuivront dans le cadre du prochain programme, 'Horizon 2020', avec un montant prévu de 50 millions d'euros par an pour le projet phare.
Le graphène a été choisi comme produit phare à la suite d'un concours entre six projets pilotes pour étudier les domaines présentant le plus grand potentiel d'investissement durable. Comme l'a dit Mme Kroes:"La position de l'Europe en tant que superpuissance de la connaissance dépend de la pensée de l'impensable et de l'exploitation des meilleures idées. Ce concours de plusieurs milliards récompense les percées scientifiques locales et montre que lorsque nous sommes ambitieux, nous pouvons développer la meilleure recherche en Europe.'
Le pilote phare pour le graphène, le projet GRAPHENE-CA, a examiné comment les développements de ce matériau à base de carbone pourraient révolutionner les TIC et l'industrie. Le projet pilote a établi une feuille de route scientifique et technologique complète pour servir de base au programme de recherche du programme phare GRAPHENE - couvrant l'électronique, spintronique, photonique, plasmonique et mécanique, et des domaines de soutien tels que la production de graphène et la chimie. Et c'est sur cette base qu'il a été sélectionné.
Maintenant, le Flagship est opérationnel, il comprend déjà une équipe de recherche d'une envergure vertigineuse. Il y a des universités de Louvain en Belgique, Aalto en Finlande, Lille et Strasbourg en France, Brême, Chemnitz, Dresde et Hambourg en Allemagne, Ioannina en Grèce, Dublin en Irlande, Trieste en Italie, Minho au Portugal, Barcelone et Castilla-La Mancha en Espagne, Bâle, Genève et Zurich en Suisse, Delft et Groningen aux Pays-Bas, et Cambridge, Manchester et Oxford au Royaume-Uni. Ceux-ci sont complétés par des écoles polytechniques et des instituts de technologie d'Autriche, Danemark, La France, Allemagne, Grèce, Italie, Pologne, Espagne, Suède et Suisse. En outre, il existe des partenaires industriels comme Nokia, Thalès, Alcatel Lucent, Technologie Philips, Airbus et ST Microelectronics. Et cette liste ne représente qu'une partie des organisations participantes.
Leur mission est de prendre du graphène, et matériaux stratifiés associés, des laboratoires universitaires à la société - révolutionnant de multiples industries et créant de la croissance économique et de nouveaux emplois en Europe.
'La Commission, et tous les partenaires académiques et industriels du Graphene Flagship, sont tous dans le même bateau. Il s'agit d'un engagement inhabituellement à long terme, et il y aura des défis, soyons clairs là-dessus, " a déclaré Carl-Christian Buhr, membre du cabinet de Mme Kroes. «Nous devons impliquer l'industrie de manière à ce que les idées soient reprises et conduisent à de nouveaux produits et marchés. C'est toute l'idée du Flagship.
En effet, il comprend un ensemble complet d'activités complémentaires pour y parvenir, tel que:
Un projet de type ERA-NET, DRAPEAU-ÈRE, soutenir le Flagship dans la coordination des initiatives nationales de recherche sur le graphène.
Premiers résultats
Certaines des recherches sur le graphène précédemment financées par l'UE portent déjà leurs fruits. Le projet GRAND (4), qui a pris fin en décembre 2010, examiné si le graphène ferait toujours ses merveilles lorsqu'il était intégré au processus CMOS au silicium.
Dirigé par AMO en Allemagne, l'équipe du projet a entrepris d'évaluer si le graphène pouvait vraiment faire entrer la technologie des semi-conducteurs conventionnels dans l'ère "Au-delà du CMOS". Le consortium GRAND a développé des moyens de fabriquer des nanostructures de graphène bidimensionnelles (avec des largeurs de seulement 5 nm de diamètre) pour une utilisation dans des composants électroniques. Il était important de montrer que non seulement ces composants pouvaient fonctionner, mais qu'ils pourraient être fabriqués d'une manière qui pourrait être étendue à des quantités industrielles.
Par conséquent, l'équipe a conçu un nouveau type de transistor - avec le concept publié dans la célèbre revue Lettres de physique appliquée - qui pourraient ouvrir de nouvelles voies pour les dispositifs électroniques et optoélectroniques à grande vitesse à base de graphène.
Dans le cadre du projet GRAND, Le graphène a également été intégré dans un dispositif de mémoire non volatile qui pourrait être réduit à des tailles moléculaires - une mémoire de graphène mesurant seulement 1 x 1 nm qui conserve les informations qui y sont stockées même lorsque l'alimentation est coupée. L'équipe a fabriqué plus de 10 appareils de ce type, ce qui indique leur évolutivité.
Dirigé par l'Université de technologie Chalmers, Suède, le projet CONCEPTGRAPHENE visait à libérer le potentiel du dépôt d'une fine couche de graphène sur une base de carbure de silicium (SiC) - visant à développer une électronique évolutive avec des applications potentielles dans la «spintronique» et les appareils de mesure ultra-précis. L'équipe a travaillé sur la fabrication de plaquettes de graphène à grande échelle qui permettraient de fabriquer des dispositifs électroniques à haute densité sur une seule plaquette de silicium. Ce type de technologie sera nécessaire pour la fabrication industrielle à grande échelle de composants et de dispositifs à base de graphène d'une manière compatible avec les techniques industrielles actuelles.
Ayant pris fin en septembre 2013, le projet a lancé une start-up qui produira des plaquettes de graphène. Graphensic AB est situé à Linköping, Suède. L'entreprise est une spin-off de l'Université de Linköping et produit des produits de haute qualité, très uniforme, du graphène sur du carbure de silicium (SiC) à l'aide d'un « procédé de graphène à haute température » breveté - une méthode de croissance qui produit une fine couche de graphène, même une seule couche d'atomes, sur SiC.
Plus d'où ça vient
Mais le graphène n'est pas le seul matériau innovant qui pourrait transformer l'électronique - le projet 2D-NANOLATTICES, se terminant en mai 2014, travaille sur d'autres structures de réseau moléculaire de type graphite basées sur différents éléments. Ces « nanolâtries » ont également un grand potentiel pour ouvrir la voie à des et plus puissant, dispositifs nano-électroniques. En particulier, « silicène » (ou « germanène »), l'équivalent silicium ou germanium du graphène, s'ils existent, peut offrir une meilleure compatibilité avec le traitement du silicium.
Dirigé par le Centre national de la recherche scientifique 'Demokritos', en Grèce, the project team aims to find ways to induce and stabilise the silicon and germanium and prove for the first time that silicene has a physical existence. By producing alternating layers weakly bonded between one another, each consisting of a single layer of atoms, this new material could serve as the elements of gates and other components in new, miniaturised 2D semiconductors.
Perhaps we are still in the early stages, but these look to be the first steps in a transformation of the way electronics devices are made - and in their abilities - with the potential to similarly transform the European high-tech industry and economy.
