Les scientifiques ont développé une nouvelle méthode de caractérisation des propriétés du graphène sans appliquer de contacts électriques perturbateurs, leur permettant d'étudier à la fois la résistance et la capacité quantique du graphène et d'autres matériaux bidimensionnels. Des chercheurs du Swiss Nanoscience Institute et du Département de physique de l'Université de Bâle ont publié leurs résultats dans la revue Physical Review Applied.

Le graphène est constitué d'une seule couche d'atomes de carbone. C'est transparent, plus dur que le diamant et plus fort que l'acier, mais flexible, et un conducteur d'électricité nettement meilleur que le cuivre. Depuis que le graphène a été isolé pour la première fois en 2004, des scientifiques du monde entier ont étudié ses propriétés et les applications possibles de ce matériau ultrafin. D'autres matériaux bidimensionnels avec des domaines d'application tout aussi prometteurs existent également; cependant, peu de recherches ont été menées sur leurs structures électroniques.

Pas besoin de contacts électriques

Les contacts électriques sont généralement utilisés pour caractériser les propriétés électroniques du graphène et d'autres matériaux bidimensionnels. Cependant, ceux-ci peuvent modifier considérablement les propriétés des matériaux. L'équipe du professeur Christian Schönenberger de l'Institut suisse des nanosciences et du Département de physique de l'Université de Bâle a maintenant développé une nouvelle méthode pour étudier ces propriétés sans recourir à des contacts.

Pour faire ça, les scientifiques ont incorporé du graphène dans l'isolateur de nitrure de bore, l'a placé sur un supraconducteur et l'a couplé à un résonateur hyperfréquence. La résistance électrique et la capacité quantique du graphène affectent le facteur de qualité et la fréquence de résonance du résonateur. Bien que ces signaux soient très faibles, ils peuvent être capturés à l'aide de résonateurs supraconducteurs.

En comparant les caractéristiques micro-ondes des résonateurs avec et sans graphène encapsulé, les scientifiques peuvent déterminer à la fois la résistance électrique et la capacité quantique. "Ces paramètres sont importants dans la détermination des propriétés exactes du graphène et dans l'identification des facteurs limitants pour son application, " explique Simon Zihlmann, un doctorant dans le groupe de Schönenberger.

Convient également pour d'autres matériaux bidimensionnels

Le graphène encapsulé dans du nitrure de bore a servi de matériau prototype pendant le développement de la méthode. Le graphène intégré à d'autres matériaux peut être étudié de la même manière. En outre, d'autres matériaux bidimensionnels peuvent également être caractérisés sans l'utilisation de contacts électriques; par exemple, le bisulfure de molybdène semi-conducteur, qui a des applications dans les cellules solaires et l'optique.