Depuis la découverte du graphène il y a une dizaine d'années, les scientifiques ont étudié les moyens de concevoir des bandes interdites électroniques dans le matériau pour produire des semi-conducteurs qui peuvent créer de nouveaux dispositifs électroniques. Une équipe de chercheurs du Yale-NUS College, le Center for Advanced 2D Materials and Department of Physics de l'Université nationale de Singapour (NUS) et l'Université du Texas à Austin (UT Austin) ont établi un cadre théorique pour comprendre les propriétés élastiques et électroniques du graphène. Les résultats ont été publiés en février 2015 dans Communication Nature .

Graphène, une feuille d'atomes de carbone d'une épaisseur d'un seul atome disposée en un réseau en nid d'abeille, est l'un des matériaux les plus simples aux propriétés mécaniques et électroniques inégalées. Le matériau a été salué par les scientifiques comme un très bon conducteur d'électrons en raison de sa résistance et de sa légèreté. En 2013, des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont découvert qu'en plaçant du graphène sur du nitrure de bore hexagonal, un autre matériau d'un atome d'épaisseur avec des propriétés similaires créera un matériau hybride qui partage l'étonnante capacité du graphène à conduire les électrons, tout en ajoutant la bande interdite nécessaire pour former des transistors et autres dispositifs semi-conducteurs. Semi-conducteurs, qui peut basculer entre les états conducteur et isolant, sont la base de l'électronique moderne. Les raisons pour lesquelles le matériel hybride réalisé en tant que tel étaient inexpliquées jusqu'à ce que ce nouveau cadre théorique soit créé par des chercheurs de Yale-NUS, NUS et UT Austin.

Pour exploiter pleinement les propriétés du matériau hybride pour la création de semi-conducteurs viables, une bande interdite robuste sans aucune dégradation des propriétés électroniques est une exigence nécessaire. Les chercheurs ont conclu qu'il est nécessaire d'utiliser un cadre théorique qui traite les propriétés électroniques et mécaniques de manière égale afin de faire des prédictions fiables pour ces nouveaux matériaux hybrides.

Shaffique Adam, Professeur adjoint au Yale-NUS College et au département de physique du NUS, mentionné, " Ce cadre théorique est le premier du genre et peut être généralement appliqué à divers matériaux bidimensionnels. Avant nos travaux, il était communément admis que lorsqu'un matériau 2D est placé au-dessus d'un autre, elles restent chacune planes et rigides. Nos travaux ont montré que leur couplage électronique induit des contraintes mécaniques importantes, étirer et rétrécir les liaisons en trois dimensions, et que ces distorsions modifient les propriétés électroniques. Nous constatons que la bande interdite dépend de plusieurs facteurs dont l'angle entre les deux tôles et leur rigidité mécanique. Aller de l'avant, nous continuerons à explorer théoriquement les paramètres optimaux pour créer des bandes interdites plus larges pouvant être utilisées pour un large éventail de technologies. "

Pablo Jarillo-Herrero, le Mitsui Career Development Associate Professor of Physics au MIT, dont l'équipe de recherche a signalé pour la première fois des bandes interdites dans ce nouveau matériau hybride de graphène a déclaré :"Ce travail théorique a augmenté la précision et la prévisibilité du calcul de la bande interdite induite dans le graphène, ce qui peut permettre des applications du graphène dans l'électronique numérique et l'optoélectronique. Si nous parvenons à augmenter l'ampleur de la bande interdite grâce à de nouvelles recherches, cela pourrait ouvrir la voie à de nouveaux dispositifs nanoélectroniques et optoélectroniques flexibles et portables."