(Phys.org) —Malgré les nombreuses propriétés impressionnantes du graphène, son absence de bande interdite limite son utilisation dans les applications électroniques. Dans une nouvelle étude, les scientifiques ont théoriquement montré qu'une bande interdite peut être ouverte dans le graphène en pliant des feuilles de graphène 2D à la manière d'un origami et en les exposant à un champ magnétique. En plus d'ouvrir une bande interdite, cette méthode produit également un courant polarisé en spin dans les feuilles de graphène, ce qui les rend attractifs pour les applications de spintronique.

Les scientifiques, A.T. Costa, et al., d'institutions au Brésil, Irlande, Singapour, et les États-Unis, ont publié leur article sur l'origami au graphène dans un récent numéro de LPE .

"Bien que l'ouverture de la bande interdite et les courants polarisés en spin soient deux caractéristiques distinctes contenues dans la liste de souhaits de chaque chercheur en graphène, nous avons identifié un moyen qui pourrait cocher les deux cases à la fois, " co-auteur Mauro Ferreira, Professeur associé au Trinity College Dublin, Raconté Phys.org .

Étant donné que la bande interdite est une gamme d'énergie où aucun état électronique n'existe, ouvrir une bande interdite dans le graphène le transforme d'un matériau conducteur en un matériau semi-conducteur. Le graphène semi-conducteur serait plus utile, et pourraient avoir des applications particulièrement intéressantes pour les dispositifs de spintronique, qui exploitent la propriété mécanique quantique de spin de l'électron en plus de sa propriété de charge électrique.

L'une des raisons pour lesquelles le graphène est un matériau de spintronique prometteur est que, par rapport à d'autres matériaux, il a une interaction spin-orbite (SOI) extrêmement petite. Cela signifie que son spin interagit très peu avec son mouvement orbital, et donc la dissipation de spin est pratiquement négligeable dans le graphène. Par conséquent, les informations stockées dans le spin du graphène peuvent être conservées beaucoup plus longtemps que dans d'autres matériaux. Un petit SOI signifie également que les informations peuvent voyager sur de longues distances avec très peu de pertes.

Bien qu'un petit SOI présente de nombreux avantages, ici, les scientifiques voulaient augmenter le SOI dans certaines parties du graphène, car cela est nécessaire pour ouvrir une bande interdite. Des recherches récentes ont démontré que le SOI est amélioré lorsque le graphène est plié mécaniquement. Ici, les chercheurs ont théoriquement montré qu'une feuille de graphène 2D moulée en crêtes et creux périodiques présentait un SOI amélioré dans les régions incurvées.

L'augmentation du SOI est la moitié du processus pour induire une bande interdite ; l'autre moitié applique un champ magnétique. Comme l'expliquent les chercheurs, le SOI et le champ magnétique se complètent de telle sorte que les deux quantités doivent être augmentées pour induire une bande interdite. L'amplitude de la bande interdite est finalement déterminée par la plus petite de ces deux quantités.

Une façon d'appliquer un champ magnétique consiste à doper le graphène avec des atomes magnétiques. Le dopage est également un autre moyen d'améliorer le SOI, ainsi, l'ensemble du processus pourrait potentiellement être réalisé en se dopant avec les bons adsorbants.

Cette méthode présente certains avantages par rapport aux tentatives précédentes pour ouvrir une bande interdite dans le graphène. Jusque là, les méthodes précédentes n'ont pas réussi à produire du graphène semi-conducteur technologiquement pertinent pour plusieurs raisons, y compris que la taille de la bande interdite est trop petite et que le désordre émerge dans le système. Les chercheurs ici prédisent que la nouvelle méthode peut surmonter ces difficultés et enfin obtenir un graphène semi-conducteur utile.

Le deuxième effet important de la nouvelle méthode, à savoir qu'elle polarise le courant en spin, signifie que les spins des électrons sont alignés dans la même direction. Cette caractéristique est particulièrement importante pour l'ingénierie des dispositifs de spintronique.

Dans leur étude actuelle, les chercheurs ont montré que le nouveau procédé peut être facilement réalisé en déposant des feuilles de graphène sur un substrat avec des tranchées périodiques. À l'avenir, ils prévoient d'effectuer des mesures sur les propriétés électriques du graphène résultant.

« Bien que nous ayons un bon contrôle expérimental sur la façon dont les feuilles de graphène sont pliées, mesurer les propriétés de transport de telles structures de type origami reste un défi, " Ferreira a déclaré. "La prochaine étape consiste à adapter certaines des techniques de mesure du transport pour traiter les structures dans cette nouvelle géométrie."

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