Avec des propriétés qui promettent des ordinateurs plus rapides, de meilleurs capteurs et bien plus encore, le graphène a été surnommé le «matériau miracle». Mais les progrès dans sa production à l'échelle industrielle sans compromettre ses propriétés se sont révélés insaisissables. Les scientifiques de l'Université de Groningue ont peut-être maintenant fait une percée. Leurs résultats seront publiés dans la revue Lettres nano .

Le graphène est un matériau spécial dont les cristaux n'ont qu'un atome d'épaisseur. Les électrons le traversent avec pratiquement aucune résistance, et malgré sa grande souplesse, il est plus fort que n'importe quel métal. Les découvreurs du graphène, André Geim et Konstantin Novoselov, l'a fait en épluchant du graphite avec du scotch jusqu'à ce qu'ils parviennent à isoler une seule couche atomique :le graphène. Cela leur a valu le prix Nobel de physique 2010.

« Le défi est de trouver un substrat qui préserve non seulement les propriétés du graphène, mais permet également une production évolutive.', dit Stefano Gottardi, Doctorant à l'Institut des matériaux avancés de l'Université de Groningue Zernike. Un bon candidat est le dépôt chimique en phase vapeur. Ici, la chaleur est utilisée pour vaporiser un précurseur de carbone comme le méthane, qui réagit ensuite avec un substrat catalytiquement actif pour former du graphène à sa surface. Un métal de transition est normalement utilisé comme substrat. Cependant, non seulement le métal de transition sert de support, mais il a également tendance à interagir avec le graphène et à modifier - voire détériorer - ses propriétés exceptionnelles.

Lourd

Pour restaurer ces propriétés après croissance sur le métal, le graphène doit être transféré sur un substrat sans interaction, mais ce processus de transfert est lourd et introduit souvent des défauts. Néanmoins, de nombreux scientifiques tentent d'améliorer la croissance du graphène sur les métaux de transition, utilisant principalement une feuille de cuivre comme substrat.

C'est ce qu'a également fait le groupe Surfaces et couches minces des superviseurs de Gottardi, Meike Stöhr et Petra Rudolf. « Quand nous avons analysé un échantillon de graphène sur du cuivre, nous avons fait d'étranges observations', se souvient Stöhr. Les observations suggèrent qu'à côté du cuivre, de l'oxyde de cuivre était également présent. En effet, un beau film de graphène semble s'être formé sur l'oxyde de cuivre, et comme les métaux oxydés peuvent laisser les propriétés du graphène inchangées, il s'agissait d'une observation potentiellement importante.

L'équipe de Groningue a commencé à étudier cette possibilité plus en détail. C'était il y a trois ans. Depuis, Gottardi et ses collègues ont réussi à faire pousser du graphène sur de l'oxyde de cuivre. Cette réalisation ainsi qu'une caractérisation approfondie des propriétés du graphène seront publiées dans Nano Letters. L'équipe rapporte également la découverte remarquable que le graphène sur l'oxyde de cuivre est découplé du substrat, ce qui signifie qu'il conserve ses propriétés électroniques particulières.

Les résultats pourraient être d'une grande portée. Stöhr :« D'autres laboratoires doivent reproduire nos résultats, et beaucoup de travail doit être fait pour optimiser les conditions de croissance. Le meilleur scénario serait que de grands cristaux de graphène à domaine unique puissent être cultivés sur de l'oxyde de cuivre. Si cela s'avère être le cas, il devrait alors être possible d'utiliser des techniques lithographiques pour fabriquer toutes sortes de dispositifs électroniques à partir de graphène d'une manière commercialement viable. Une observation inattendue il y a trois ans pourrait donc s'avérer être le début d'une nouvelle ère de l'électronique au graphène.