Le graphène a généralement été décrit comme une structure bidimensionnelle - une seule feuille d'atomes de carbone disposés dans une structure régulière - mais la réalité n'est pas si simple. En réalité, le graphène peut former des rides qui rendent la structure plus compliquée, potentiellement appliqués aux systèmes de périphériques. Le graphène peut également interagir avec le substrat sur lequel il est posé, ajoutant une complexité supplémentaire.

Dans une recherche publiée dans Communication Nature , Les scientifiques de RIKEN ont maintenant découvert que les rides du graphène peuvent restreindre le mouvement des électrons à une dimension, formant une structure semblable à une jonction qui passe d'un conducteur à espace nul à un semi-conducteur à un conducteur à espace zéro. De plus, ils ont utilisé la pointe d'un microscope à effet tunnel pour manipuler la formation des rides, ouvrant la voie à la construction de semi-conducteurs en graphène non pas par des moyens chimiques - en ajoutant d'autres éléments - mais en manipulant la structure du carbone elle-même sous une forme d'« ingénierie du graphène ».

La découverte a commencé lorsque le groupe expérimentait la création de films de graphène par dépôt chimique en phase vapeur, qui est considérée comme la méthode la plus fiable. Ils travaillaient à former du graphène sur un substrat de nickel, mais le succès de cette méthode dépend fortement de la température et de la vitesse de refroidissement.

Selon Hyunseob Lim, le premier auteur de l'article, "Nous essayions de faire croître du graphène sur un substrat de nickel monocristallin, mais dans de nombreux cas, nous avons fini par créer un composé de nickel et de carbone, Ni2C, plutôt que du graphène. Afin de résoudre le problème, nous avons essayé de refroidir rapidement l'échantillon après le dosage avec de l'acétylène, et au cours de ce processus, nous avons accidentellement trouvé de petites nanorides, à peine cinq nanomètres de large, dans l'échantillon."

Ils ont pu imager ces minuscules rides en utilisant la microscopie à effet tunnel, et a découvert qu'il y avait des ouvertures de bande interdite en leur sein, indiquant que les rides pourraient agir comme des semi-conducteurs. Normalement, les électrons et les trous d'électrons circulent librement à travers un conducteur sans bande interdite, mais lorsqu'il s'agit d'un semi-conducteur, il existe des bandes interdites entre les états électroniques autorisés, et les électrons ne peuvent traverser ces lacunes que sous certaines conditions. Cela indique que le graphène pourrait, selon les rides, devenir un semi-conducteur.

Initialement, ils ont envisagé deux possibilités pour l'émergence de cette bande interdite. L'une est que la contrainte mécanique pourrait provoquer un phénomène magnétique, mais ils ont exclu cela, et a conclu que le phénomène était causé par le confinement des électrons dans une seule dimension en raison du "confinement quantique".

Selon Yousoo Kim, responsable du Laboratoire des sciences des surfaces et des interfaces, qui dirigeait l'équipe, "Jusqu'à maintenant, les efforts pour manipuler les propriétés électroniques du graphène ont été principalement réalisés par des moyens chimiques, mais l'inconvénient est que cela peut conduire à des propriétés électroniques dégradées en raison de défauts chimiques. Ici, nous avons montré que les propriétés électroniques peuvent être manipulées simplement en changeant la forme de la structure du carbone. Ce sera passionnant de voir si cela pourrait conduire à des moyens de trouver de nouvelles utilisations pour le graphène. »