Pour toutes les promesses du graphène en tant que matériau pour l'électronique de nouvelle génération et l'informatique quantique, les scientifiques n'en savent toujours pas assez sur ce conducteur haute performance pour contrôler efficacement un courant électrique.

Graphène, une couche de carbone d'une épaisseur d'un atome, conduit l'électricité si efficacement que les électrons sont difficiles à contrôler. Et un contrôle sera nécessaire avant que ce matériau miracle puisse être utilisé pour fabriquer des transistors à l'échelle nanométrique ou d'autres dispositifs.

Une nouvelle étude menée par un groupe de recherche de l'Université du Wisconsin-Milwaukee (UWM) aidera. Le groupe a identifié de nouvelles caractéristiques de transport d'électrons dans une feuille bidimensionnelle de graphène superposée à un semi-conducteur.

Les chercheurs ont démontré que lorsque les électrons sont redirigés à l'interface du graphène et de son substrat semi-conducteur, ils rencontrent ce qu'on appelle une barrière Schottky. Si c'est assez profond, les électrons ne passent pas, à moins d'être rectifié par l'application d'un champ électrique - un mécanisme prometteur pour allumer et éteindre un appareil à base de graphène.

Le groupe a également trouvé, cependant, une autre caractéristique du graphène qui affecte la hauteur de la barrière. Des ondulations intrinsèques se forment sur le graphène lorsqu'il est placé au-dessus d'un semi-conducteur.

Le groupe de recherche, dirigé par Lian Li et Michael Weinert, professeurs de physique de l'UWM, et l'étudiant diplômé de Li Shivani Rajput, ont mené leur expérience avec le carbure de silicium semi-conducteur. Les résultats ont été publiés dans le numéro du 21 novembre de Communication Nature .

Les ondulations sont analogues à l'ondulation d'une feuille de papier qui a été mouillée puis séchée. Sauf dans ce cas, note Weinert, l'épaisseur de la feuille est inférieure à un nanomètre (un milliardième de mètre).

"Notre étude indique que les ondulations affectent la hauteur de la barrière et même s'il y a une petite variation, les résultats seront un grand changement dans le transport des électrons, " dit Li.

La barrière doit avoir la même hauteur sur toute la feuille afin de s'assurer que le courant est allumé ou éteint, il ajoute.

"C'est un récit édifiant, " dit Weinert, dont les calculs ont fourni l'analyse théorique. "Si vous utilisez le graphène pour l'électronique, vous rencontrerez ce phénomène que vous devrez contourner."

Avec de multiples conditions affectant la barrière, des travaux supplémentaires sont nécessaires pour déterminer quels semi-conducteurs seraient les mieux adaptés à l'ingénierie d'un transistor avec du graphène.

Le travail présente également une opportunité. La capacité de contrôler les conditions impactant la barrière permettra une conduction en trois dimensions, plutôt que le long d'un simple plan. Cette conduction 3D sera nécessaire aux scientifiques pour créer des nano-dispositifs plus complexes, dit Weinert.