Les chercheurs ont réussi à créer un nouvel effet de "galerie des murmures" pour les électrons dans une feuille de graphène, permettant de contrôler avec précision une région qui réfléchit les électrons dans le matériau. Ils disent que cette réalisation pourrait fournir un élément de base pour de nouveaux types d'objectifs électroniques, ainsi que des dispositifs quantiques qui combinent l'électronique et l'optique.

Le nouveau système utilise une sonde en forme d'aiguille qui constitue la base des microscopes à effet tunnel (STM) actuels. permettant de contrôler à la fois l'emplacement et la taille de la région réfléchissante dans le graphène, une forme bidimensionnelle de carbone qui n'a qu'un atome d'épaisseur.

La nouvelle découverte est décrite dans un article paru dans la revue Science , co-écrit par le professeur de physique du MIT Leonid Levitov et des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST), l'Université du Maryland, Collège impérial de Londres, et l'Institut national des sciences des matériaux (NIMS) à Tsukuba, Japon.

Lorsque la pointe acérée du STM est posée sur une feuille de graphène, il produit une barrière circulaire sur la feuille qui « agit comme un miroir incurvé parfait » pour les électrons, Levitov dit, en les réfléchissant vers le centre du cercle. Cette réflectivité contrôlable est similaire, il ajoute, aux modes de confinement dits « galerie des murmures » qui ont été utilisés dans les systèmes optiques et acoustiques, mais ceux-ci n'ont pas été accordables ou ajustables.

« En optique, les modes galerie de chuchotement sont connus et utiles, " Levitov dit. "Ils fournissent des résonances de haute qualité. Mais le problème habituel en optique est qu'ils ne sont pas accordables." De même, les tentatives précédentes pour créer des « corrals » quantiques pour les électrons ont utilisé des atomes positionnés avec précision sur une surface, qui ne peut pas être reconfiguré facilement.

Le confinement dans ce cas est produit par la frontière entre deux régions différentes sur la surface du graphène, correspondant aux régions "p" et "n" dans un transistor. Dans ce cas, une région circulaire juste en dessous de la pointe STM prend une polarité, et la région environnante la polarité opposée, créant une jonction circulaire contrôlable entre les deux régions. Les électrons à l'intérieur des feuilles de graphène se comportent comme des particules de lumière; dans ce cas, la jonction circulaire agit comme un miroir incurvé qui peut focaliser et contrôler les électrons.

Il est trop tôt pour prédire quelles utilisations spécifiques pourraient être trouvées pour ce phénomène, Levitov dit, mais ajoute, "Tout résonateur peut être utilisé pour une variété de choses."

Ce résonateur à électrons combine plusieurs bonnes caractéristiques. Il y a clairement quelque chose de spécial dans le fait d'avoir à la fois l'accordabilité et la haute qualité."

Parce que le nouveau système est basé sur une technologie STM bien établie, il pourrait être développé relativement rapidement en dispositifs utilisables, Levitov suggère. Et commodément, la STM crée non seulement l'effet de galerie chuchotant, mais fournit également un moyen d'observer les résultats, pour étudier le phénomène. "La pointe fait double emploi dans ce cas, " il dit.

Cela pourrait être un pas vers la création de lentilles électroniques, Levitov dit « un concept qui intrigue les chercheurs en graphène ». En principe, ceux-ci pourraient fournir un moyen d'observer des objets d'un millième de la taille de ceux visibles à l'aide d'ondes lumineuses.

Les lentilles électroniques représenteraient une approche fondamentalement différente des microscopes électroniques existants, qui bombardent une surface avec des faisceaux d'électrons à haute énergie, effaçant tout effet subtil dans les objets observés. Lentilles électroniques, par contre, serait capable d'observer les électrons ambiants de basse énergie dans l'objet lui-même.

Cela pourrait permettre d'étudier "des choses subtiles sur le comportement des porteurs de charge à un niveau microscopique, qu'on ne voit pas de l'extérieur, " dit Levitov.

Le nouveau travail de Levitov et de ses collègues fournit une pièce d'un tel système - et potentiellement d'autres systèmes électro-optiques avancés, il dit, tels que les matériaux à réfraction négative qui ont été proposés comme une sorte de "cape d'invisibilité". Le nouveau mode de galerie de chuchotements pour les électrons fait partie d'une boîte à outils qui pourrait conduire à toute une famille de nouveaux dispositifs d'optique électronique à base quantique. Il pourrait également être utilisé pour créer des capteurs très sensibles, puisque de tels résonateurs "peuvent être utilisés pour améliorer votre sensibilité à de très petits signaux, " dit Levitov.