En partant d'un atome manquant, appelé poste vacant (en haut à gauche), et appliquer une charge électrique qui attire les électrons dans la région, les électrons sont confinés dans des « orbitales » pour créer un « atome artificiel » (en bas à droite). Les images sont des cartes de concentration électronique obtenues par spectroscopie à effet tunnel qui visualisent la lacune, puis les orbitales électroniques (en rouge) d'un atome artificiel créé dans le graphène. R1, R1' et R2 montrent les orbitales par ordre d'énergie croissante. Crédit :Eva Andrei, Université Rutgers
Pour la première fois, les scientifiques ont créé un atome artificiel accordable en graphène. Ils ont démontré qu'une lacune dans le graphène peut être chargée de manière contrôlable de telle sorte que les électrons puissent être localisés pour imiter les orbitales électroniques d'un atome artificiel. Surtout, le mécanisme de piégeage est réversible (activé et désactivé) et les niveaux d'énergie peuvent être réglés.
Les résultats de cette recherche démontrent une contrôlable, et technique réversible pour confiner les électrons dans le graphène. Les états énergétiques des électrons sont « accordables ». Cette accordabilité ouvre de nouvelles voies de recherche sur le comportement physique unique des électrons dans le graphène. Plus loin, il fournit une méthodologie qui pourrait faciliter l'utilisation de dispositifs à base de graphène pour l'électronique future, communication, et capteurs.
Les propriétés électroniques remarquables du graphène ont alimenté la vision de développer des dispositifs à base de graphène pour permettre des une électronique plus rapide et plus intelligente et des applications informatiques avancées. Mais les progrès vers cet objectif ont été ralentis par l'incapacité de confiner ses porteurs de charge avec la tension appliquée. Une équipe dirigée par des chercheurs de l'Université Rutgers a développé une technique pour héberger de manière stable et modifier de manière contrôlée les états de charge localisés dans le graphène. Les chercheurs ont créé des lacunes (atomes de carbone manquants) dans le réseau de graphène, en bombardant l'échantillon avec des atomes d'hélium chargés (ions He+).
Ils ont démontré qu'il est possible de déposer une charge positive au site de la lacune et de la charger progressivement en appliquant des impulsions de tension avec une pointe de microscope à effet tunnel. Au fur et à mesure que la charge sur la vacance augmente, son interaction avec les électrons de conduction dans le graphène subit une transition. L'interaction se transforme en un régime où les électrons peuvent être piégés dans des états d'énergie quasi liés qui ressemblent à un atome artificiel.
L'équipe a en outre montré que les états quasi-liés au site de vacance sont accordables avec l'application d'un champ électrique externe. Le mécanisme de piégeage peut être activé et désactivé, fournir un nouveau paradigme pour contrôler et guider les électrons dans le graphène.
