Les scientifiques utilisant des lasers dans une installation du Science and Technology Facilities Council (STFC) au Royaume-Uni pensent qu'ils sont un pas de plus vers la recherche d'un remplacement pour les puces de silicium qui sont plus rapides et utilisent moins d'énergie qu'à l'heure actuelle.

L'équipe a testé le comportement du graphène bicouche pour découvrir s'il pouvait ou non être utilisé comme semi-conducteur. Leurs résultats suggèrent qu'il pourrait remplacer les transistors au silicium dans les circuits électroniques.

Le graphène est du carbone pur sous la forme d'un très fin, feuille presque transparente, 0un atome d'épaisseur. Il est connu comme un «matériau miracle» en raison de sa résistance et de son efficacité remarquables dans la conduction de la chaleur et de l'électricité.

Dans sa forme actuelle, le graphène ne convient pas aux transistors, qui sont le fondement de toute l'électronique moderne. Pour qu'un transistor soit technologiquement viable, il doit être capable de « s'éteindre » de sorte que seul un faible courant électrique traverse sa grille lorsqu'il est en état de veille. Le graphène n'a pas de bande interdite et ne peut donc pas s'éteindre.

L'équipe de recherche, dirigé par le professeur Philip Hofmann de l'Université d'Aarhus au Danemark, utilisé un nouveau matériau – le graphène bicouche – dans lequel deux couches de graphène sont superposées, laissant une petite bande interdite pour favoriser le transfert d'énergie entre les couches.

En utilisant Artemis à l'installation laser centrale de STFC, qui est basé au Rutherford Appleton Laboratory dans l'Oxfordshire, les chercheurs ont tiré des impulsions laser de pompe ultra-courtes sur l'échantillon de graphène bicouche, augmenter les électrons dans la bande de conduction.

Un deuxième court, ultraviolet extrême, une impulsion de longueur d'onde a ensuite éjecté des électrons de l'échantillon. Ceux-ci ont été collectés et analysés pour fournir un instantané des énergies et du mouvement des électrons.

"Nous avons pris une série de ces mesures, faire varier le délai entre la pompe laser infrarouge et la sonde ultraviolet extrême, et les a séquencés dans un film, " a déclaré le Dr Cephise Cacho de STFC, l'un des membres de l'équipe de recherche. "Pour voir comment se comportent les électrons rapides, chaque image du film doit être séparée d'une fraction de milliardième de seconde."

Le professeur Hofmann a dit :"Ce que nous avons montré avec cette recherche, c'est que notre échantillon se comporte comme un semi-conducteur, et n'est pas court-circuité par des défauts."

Il peut y avoir des imperfections dans le graphène bicouche car les couches deviennent parfois mal alignées.

Les résultats de cette recherche, dans lequel le graphène n'a montré aucun défaut, suggèrent que davantage d'efforts technologiques devraient être réalisés pour minimiser les imperfections. Une fois cela fait, il est possible que les performances de désactivation du graphène bicouche soient suffisamment améliorées pour défier les dispositifs à base de silicium.

Les transistors au graphène pourraient être plus petits, puces électroniques plus rapides que celles réalisables avec du silicium. Finalement, de plus en plus de transistors pourraient être placés sur une seule puce pour produire plus rapidement, processeurs plus puissants pour une utilisation dans les équipements électroniques.