Les interactions entre le graphène et son environnement ont une influence significative sur l'utilisation de ce matériau prometteur par l'industrie des semi-conducteurs. Grâce aux résultats complets d'un projet de recherche international, ces interactions sont désormais mieux comprises et peuvent ainsi être contrôlées.

Le graphène est une fine couche atomique de carbone. Grâce à ses caractéristiques structurelles et électroniques uniques, le matériau a un potentiel énorme et fait l'objet d'attentes élevées - cependant, les utilisations et applications concrètes ne se sont pas encore concrétisées. Comme c'est si souvent le cas lorsqu'il s'agit d'une application viable, Le diable est dans les détails. Un projet financé par le Fonds autrichien pour la science FWF a réussi à comprendre certains de ces détails.

Ciblage des semi-conducteurs

« Les composants individuels à base de graphène présentent déjà des caractéristiques remarquables, " explique le chef de projet Thomas Pichler du département des propriétés électroniques des matériaux de l'université de Vienne. " Cependant, la percée majeure dans son application en tant que composant électronique intégré n'a pas encore vu le jour. Il n'a tout simplement pas été possible d'utiliser ce matériau pour la technologie des semi-conducteurs établie d'une manière qui puisse être reproduite de manière fiable. » L'un des plus grands obstacles est le manque de contrôle des interactions du graphène avec son environnement au niveau atomique. En conséquence, il a été presque impossible de déployer le matériel de manière prévisible et ciblée. Même l'interaction entre le graphène et le substrat, auquel il doit être appliqué en raison de son extrême finesse, n'a été compris qu'en partie. Pichler et son équipe de recherche ont maintenant déterminé la nature de cette interaction.

Souche avec charge

L'équipe a également immédiatement réussi à acquérir de nouvelles connaissances surprenantes. "Nous avons pu démontrer pour la première fois une corrélation entre le transfert de charge - le déplacement des électrons - et la contrainte mécanique dans le graphène, " dit Pichler. " Cette observation pourrait être d'une importance pratique majeure, car cela signifie que la mesure entièrement sans contact de la contrainte interne dans les composants à base de graphène pourrait être possible à l'avenir. »

L'équipe a également obtenu des succès significatifs dans le contrôle ciblé de l'environnement du graphène. Dans le cadre du projet, il a été possible pour la première fois de contrôler l'interface entre le graphène et les semi-conducteurs traditionnels comme le germanium au niveau atomique. Beaucoup considèrent cela comme une étape importante vers la fabrication de composants nanoélectroniques à base de graphène utilisables pour la technologie des semi-conducteurs.

Réussir avec méthode

La combinaison optimale et la mise en œuvre de deux processus ont été déterminantes pour le succès du projet coopératif. Pichler et son équipe ont utilisé les toutes dernières techniques de mesure de spectroscopie et les ont complétées par des calculs dits ab-initio, qui ont été réalisées par une équipe dirigée par Ludger Wirtz de l'Institute for Electronics, Microélectronique et Nanotechnologies à l'Université de Lille.

Échantillons étendus

Le projet a réussi à produire de nombreux échantillons de graphène isolé électroniquement. Cela a fourni un matériau de départ optimal pour le travail expérimental. "Nous avons alors délibérément manipulé la structure électronique du graphène, " dit Pichler, expliquant l'approche adoptée par le projet. "Pour faire ça, par exemple, nous avons remplacé certains atomes du substrat de graphène par des atomes d'hydrogène ou d'azote et mesuré l'impact de cette substitution sur le graphène. » Une autre approche adoptée par Pichler et son équipe impliquait une méthode connue sous le nom d'intercalation. Avec cette méthode, des couches ultrafines de potassium, du lithium ou du baryum sont insérés entre le graphène et le substrat et l'impact résultant sur le graphène est caractérisé.

Ces étapes ont ouvert la voie à de nombreuses autres avancées issues du projet FWF, qui sont encore nécessaires pour permettre l'utilisation complète du matériau miracle qu'est le graphène. De nombreux défis restent à surmonter avant qu'un « travailleur miracle » comme le graphène puisse être mis en pratique. La recherche fondamentale jouera un rôle clé pour surmonter ces défis.