De nouvelles expériences ont montré qu'il est possible que des courants extrêmement élevés traversent le graphène, une forme de carbone. Cela permet de corriger rapidement les déséquilibres de charge électrique.

Encore une fois, Le graphène s'est avéré être un matériau assez spécial :une équipe de recherche internationale dirigée par le professeur Fritz Aumayr de l'Institut de physique appliquée de la TU Wien a pu démontrer que les électrons du graphène sont extrêmement mobiles et réagissent très rapidement. L'impact d'ions xénon avec une charge électrique particulièrement élevée sur un film de graphène provoque l'arrachement d'un grand nombre d'électrons du graphène à un endroit très précis. Cependant, le matériau a pu remplacer les électrons en quelques femtosecondes. Cela a entraîné des courants extrêmement élevés, qui ne seraient pas maintenus dans des circonstances normales. Ses propriétés électroniques extraordinaires font du graphène un candidat très prometteur pour de futures applications dans le domaine de l'électronique.

Le Helmholtz-Center Dresden-Rossendorf et l'Université de Duisburg-Essen ont participé à l'expérience aux côtés de la TU Wien. L'équipe internationale a reçu un soutien théorique de Paris et de Saint-Sébastien ainsi que du personnel interne (Institut de physique théorique de la TU Wien).

Ions très chargés

« Nous travaillons avec des ions xénon extrêmement chargés, " explique Elisabeth Gruber, un doctorant de l'équipe de recherche du professeur Aumayr. "Jusqu'à 35 électrons sont retirés des atomes de xénon, ce qui signifie que les atomes ont une charge électrique positive élevée.

Ces ions sont ensuite tirés sur une seule couche autonome de graphène, qui est serré entre des supports microscopiques. « L'ion xénon pénètre dans le film de graphène, éliminant ainsi un atome de carbone du graphène - mais cela a très peu d'effet, comme l'espace qui s'est ouvert dans le graphène est alors rempli avec un autre atome de carbone, ' explique Elisabeth Gruber. 'Pour nous, ce qui est beaucoup plus intéressant, c'est comment le champ électrique de l'ion hautement chargé affecte les électrons dans le film de graphène.'

Cela se produit avant même que l'ion xénon hautement chargé n'entre en collision avec le film de graphène. À mesure que l'ion hautement chargé s'approche, il commence à arracher des électrons au graphène en raison de son champ électrique extrêmement puissant. Au moment où l'ion a complètement traversé la couche de graphène, il a une charge positive inférieure à 10, contre plus de 30 à ses débuts. L'ion est capable d'extraire plus de 20 électrons d'une petite zone du film de graphène.

Cela signifie qu'il manque maintenant des électrons dans la couche de graphène, ainsi les atomes de carbone entourant le point d'impact des ions xénon sont chargés positivement. « Ce que vous attendez maintenant, c'est que ces ions carbone chargés positivement se repoussent les uns les autres, s'envoler dans ce qu'on appelle une explosion de Coulomb et laisser un grand vide dans la matière, ' dit Richard Wilhelm du Helmholtz-Center Dresden-Rossendorf, qui travaille actuellement à TU Wien en tant qu'assistant postdoctoral. 'Mais étonnamment, Ce n'est pas le cas. La charge positive du graphène est neutralisée presque instantanément.'

Ceci n'est possible que parce qu'un nombre suffisant d'électrons peut être remplacé dans le graphène dans un laps de temps extrêmement court de plusieurs femtosecondes (quadrillionièmes de seconde). «La réponse électronique du matériau à la perturbation causée par l'ion xénon est extrêmement rapide. De forts courants provenant des régions voisines du film de graphène réapprovisionnent rapidement en électrons avant qu'une explosion ne soit provoquée par les charges positives qui se repoussent, ' explique Elisabeth Gruber. « La densité de courant est environ 1000 fois plus élevée que celle qui conduirait à la destruction du matériau dans des circonstances normales – mais sur ces distances et ces échelles de temps, le graphène peut résister à des courants aussi extrêmes sans subir de dommages.

Electronique ultra-rapide

Cette mobilité électronique extrêmement élevée dans le graphène est d'une grande importance pour un certain nombre d'applications potentielles :« L'espoir est que, pour cette même raison, il sera possible d'utiliser le graphène pour construire une électronique ultra-rapide. Le graphène semble également être parfaitement adapté à une utilisation en optique, par exemple dans la connexion de composants optiques et électroniques, " dit Aumayr.