Le graphène est un matériau remarquable :léger, fort, transparent et électriquement conducteur. Il peut également convertir la chaleur en électricité. Des chercheurs ont récemment exploité cette propriété thermoélectrique pour créer un nouveau type de détecteur de rayonnement.

Classé comme bolomètre, le nouvel appareil a un temps de réponse rapide et, contrairement à la plupart des autres bolomètres, fonctionne sur une large plage de températures. Avec une conception simple et un coût relativement faible, cet appareil pourrait être agrandi, permettant un large éventail d'applications commerciales. Les chercheurs décrivent un détecteur de rayonnement à base de graphène cette semaine dans Lettres de physique appliquée , des éditions AIP.

La découverte du graphène en 2004 devait annoncer un tout nouveau type de technologie. "Mais malheureusement, il existe de fortes limitations fondamentales pour ce matériau, " a déclaré Grigory Skoblin de l'Université de technologie Chalmers en Suède. " Aujourd'hui, les vraies applications industrielles du graphène sont assez limitées."

Graphène - composé de feuilles simples d'atomes de carbone qui forment un plat, structure en treillis hexagonal - a été utilisé principalement pour ses propriétés mécaniques.

"Mais notre appareil montre que des propriétés plus fondamentales peuvent être utilisées dans des applications réelles, " a déclaré Skoblin. Le nouveau bolomètre est basé sur les propriétés thermoélectriques du graphène. Le rayonnement chauffe une partie de l'appareil, incitant les électrons à se déplacer. Les électrons déplacés génèrent un champ électrique, ce qui crée une différence de tension aux bornes de l'appareil. La variation de tension fournit ainsi une mesure essentiellement directe du rayonnement.

D'autres dispositifs reposent sur la génération d'un courant électrique ou d'un changement de résistance par le rayonnement entrant. Mais la mesure des changements de courant ou de résistance nécessite une source d'alimentation externe pour générer un courant initial. Le mécanisme est beaucoup plus simple que dans d'autres bolomètres, selon Skobline.

Le morceau de graphène dans le nouveau bolomètre est petit, c'est donc l'un des bolomètres les plus rapides car il chauffe et répond rapidement. Par ailleurs, l'appareil reste sensible au rayonnement à des températures allant jusqu'à 200 degrés Celsius. Les bolomètres conventionnels ne fonctionnent généralement qu'à des températures cryogéniques.

D'autres chercheurs ont déjà fabriqué des bolomètres en graphène, avec de meilleures propriétés que ce nouvel appareil, mais ces modèles contiennent une double couche de graphène, les rendant plus difficiles à mettre à l'échelle, dit Skobline.

Un autre avantage du nouvel appareil est son revêtement. Les chercheurs ont précédemment développé une méthode pour enrober le graphène d'un polymère diélectrique appelé Parylène, qui offre un bon équilibre entre performances et évolutivité. Vous pouvez obtenir de meilleures performances en enduisant de nitrure de bore hexagonal, Skobline a dit, mais il est difficile à acquérir et les techniques de revêtement sont difficiles à étendre. D'autres études suggèrent qu'un bolomètre avec revêtement hexagonal de nitrure de bore serait moins efficace.

Le bolomètre prototype fonctionne uniquement avec un rayonnement micro-ondes à 94 gigahertz, mais les conceptions futures élargiront la gamme de fréquences. Prochain, les chercheurs prévoient de fabriquer l'appareil en utilisant le dépôt chimique en phase vapeur pour faire croître de plus gros morceaux de graphène, ouvrant la voie à la production de masse.