Depuis la découverte du graphène, un grand avenir a été prédit pour le matériau, qui est fort et très conducteur. Juste une couche d'atome de carbone d'épaisseur, le graphène peut conduire à une nouvelle électronique. Les exemples incluent l'électronique imprimable et flexible, écrans tactiles et OLED. Pour ça, une interaction avec d'autres matériaux est nécessaire, toutefois. Le doctorant Menno Bokdam de l'Institut MESA+ de nanotechnologie de l'Université de Twente a examiné ce qui se passe à l'interface avec d'autres matériaux et rapproche ainsi l'électronique du graphène. Il soutiendra sa thèse de doctorat le 15 novembre.

Le graphène a été qualifié de "matériau miracle" lorsqu'André Geim et Konstantin Novoselov ont reçu le prix Nobel de physique en 2010. Le carbone est extrêmement fin, a une structure de fil de poulet, et peut très bien conduire les électrons. Mais comment se comporte-t-il au contact d'un autre matériau de structure similaire, comme le nitrure de bore ? Que se passe-t-il si la couche de nitrure de bore est insérée entre une couche de cuivre et une couche de graphène ? La connaissance des interfaces est essentielle si vous souhaitez concevoir de l'électronique.

« Gap » ou pas ?

Bokdam a effectué des calculs détaillés de la théorie de la structure électronique du graphène sur le nitrure de bore. Ce matériau est également très fin et a presque exactement la même structure de fil de poulet, mais diffère du graphène car il ne conduit pas l'électricité. Placés l'un sur l'autre, une redistribution des électrons dans le graphène peut être observée. Cela crée un motif d'électrons et de « trous », comme une sorte de moiré que l'on voit aussi lorsque deux barres glissent l'une sur l'autre. Si l'angle entre les deux structures maillées est choisi avec précision, un « écart » est également révélé :un gouffre entre les états énergétiques occupés et inoccupés. Un électron doit surmonter ce gouffre pour conduire l'électricité :une caractéristique déterminante pour un semi-conducteur. Il existe un débat mondial sur l'existence ou non de la « lacune » :une précédente publication MESA+ sur ce sujet est l'un des documents les plus cités de l'institut. Bokdam propose maintenant que l'écart ne se produit pas lorsque le graphène et le nitrure de bore sont superposés à un angle aléatoire, mais se pose quand ils sont précisément tournés l'un par rapport à l'autre.

Monde extérieur

Et si la combinaison graphène/nitrure de bore était appliquée sur du cuivre pour le contact avec le monde extérieur ? Dans ce cas, une répartition des charges, une couche dite dipolaire, se forme également à l'interface entre le cuivre et le nitrure de bore. Parce que la couche de nitrure de bore est ultra-mince, la charge est capable de « tunnel » à travers le nitrure de bore, bien qu'il ne conduise pas l'électricité. La couche dipolaire a une influence majeure sur le nombre d'électrons tunnel. En choisissant un métal approprié et en appliquant un champ électrique, la concentration de porteurs de charge dans le graphène et donc la conduction à travers le graphène peuvent être influencées.

Il a ainsi développé une compréhension de l'interaction entre différents matériaux bidimensionnels et avec les métaux. Les résultats sont importants pour la conception de composants électroniques basés sur le graphène et d'autres matériaux 2D.