En 2004, les chercheurs ont découvert un matériau super mince qui est au moins 100 fois plus résistant que l'acier et le meilleur conducteur connu de chaleur et d'électricité.

Cela signifie que le matériau, graphène, pourrait apporter une électronique plus rapide que ce qui est possible aujourd'hui avec le silicium.

Mais pour être vraiment utile, le graphène devrait transporter un courant électrique qui s'allume et s'éteint, comme ce que fait le silicium sous la forme de milliards de transistors sur une puce informatique. Cette commutation crée des chaînes de 0 et de 1 qu'un ordinateur utilise pour traiter les informations.

Chercheurs de l'Université Purdue, en collaboration avec l'Université du Michigan et l'Université des sciences et technologies de Huazhong, montrer comment une technique laser pourrait contraindre en permanence le graphène à avoir une structure qui permet la circulation du courant électrique.

Cette structure est ce qu'on appelle une "bande interdite". Les électrons doivent franchir cet écart pour devenir des électrons de conduction, ce qui les rend capables de transporter du courant électrique. Mais le graphène n'a pas naturellement de bande interdite.

Les chercheurs de Purdue ont créé et élargi la bande interdite dans le graphène à un record de 2,1 électronvolts. Pour fonctionner comme un semi-conducteur tel que le silicium, la bande interdite devrait être au moins le record précédent de 0,5 électronvolt.

"C'est la première fois qu'un effort atteint des bandes interdites aussi élevées sans affecter le graphène lui-même, comme par le dopage chimique. Nous avons purement tendu le matériau, " a déclaré Gary Cheng, professeur de génie industriel à Purdue, dont le laboratoire a étudié diverses façons de rendre le graphène plus utile pour des applications commerciales.

La présence d'une bande interdite permet aux matériaux semi-conducteurs de basculer entre isolant ou conducteur de courant électrique, selon que leurs électrons sont poussés à travers la bande interdite ou non.

Dépasser 0,5 électronvolt ouvre encore plus de potentiel pour le graphène dans les appareils électroniques de nouvelle génération, disent les chercheurs. Leurs travaux sont publiés dans un numéro de Matériaux avancés .

"Dans le passé, les chercheurs ont ouvert la bande interdite en étirant simplement le graphène, mais l'étirement seul n'augmente pas beaucoup la bande interdite. Vous devez changer en permanence la forme du graphène pour garder la bande interdite ouverte, " dit Cheng.

Cheng et ses collaborateurs ont non seulement maintenu la bande interdite dans le graphène, mais a également atteint l'endroit où la largeur de l'espace pourrait être réglée de zéro à 2,1 électronvolts, donnant aux scientifiques et aux fabricants la possibilité d'utiliser uniquement certaines propriétés du graphène en fonction de ce qu'ils veulent que le matériau fasse.

Les chercheurs ont rendu la structure de bande interdite permanente dans le graphène à l'aide d'une technique appelée impression par choc laser, que Cheng a développé en 2014 avec des scientifiques de l'Université Harvard, l'Institut d'études avancées de Madrid et l'Université de Californie, San Diego.

Pour cette étude, les chercheurs ont utilisé un laser pour créer des impulsions d'ondes de choc qui ont pénétré une feuille de graphène sous-jacente. Le choc laser force le graphène sur un moule en forme de tranchée, le façonnant en permanence. Le réglage de la puissance du laser ajuste la bande interdite.

Bien qu'il soit encore loin de mettre du graphène dans des dispositifs semi-conducteurs, la technique accorde plus de flexibilité en tirant parti de l'optique du matériau, propriétés magnétiques et thermiques, dit Cheng.