La structure 2-D unique du graphène signifie que les électrons le traversent différemment de la plupart des autres matériaux. Une conséquence de ce transport unique est que l'application d'une tension n'arrête pas les électrons comme c'est le cas dans la plupart des autres matériaux. C'est un problème, parce que pour faire des applications utiles du graphène et de ses électrons uniques, comme les ordinateurs quantiques, il faut pouvoir arrêter et contrôler les électrons du graphène.

Une équipe interdisciplinaire de scientifiques de l'Universidad Autonoma de Madrid (Espagne), Université Grenoble Alpes (France), Le Laboratoire international ibérique de nanotechnologie (Portugal) et l'Université Aalto ont résolu ce problème de longue date. L'équipe comprenait les chercheurs expérimentateurs Eva Cortés del Río, Pierre Mallet, Héctor González-Herrero, José María Gómez‐Rodriguez, Jean‐Yves Veuillen et Iván Brihuega et des théoriciens dont Joaquín Fernández-Rossier et José Lado, professeur assistant au département de physique appliquée d'Aalto.

L'équipe expérimentale a utilisé des briques atomiques pour construire des murs capables d'arrêter les électrons du graphène. Ceci a été réalisé en créant des murs atomiques qui ont confiné les électrons, conduisant à des structures dont le spectre a ensuite été comparé aux prédictions théoriques, démontrant que les électrons étaient confinés. En particulier, il a été obtenu que les structures ouvragées donnaient lieu à un confinement presque parfait des électrons, comme l'a démontré l'émergence de résonances de puits quantiques pointues avec une durée de vie remarquablement longue.

L'oeuvre, publié cette semaine dans Matériaux avancés , démontre que des parois impénétrables pour les électrons du graphène peuvent être créées par la manipulation collective d'un grand nombre d'atomes d'hydrogène. Dans les expériences, un microscope à effet tunnel a été utilisé pour construire des murs artificiels avec une précision sub-nanométrique. Cela a conduit à des nanostructures de graphène de formes arbitrairement complexes, avec des dimensions allant de deux nanomètres à un micron.

Surtout, la méthode est non destructive, permettant aux chercheurs d'effacer et de reconstruire à volonté les nanostructures, fournissant un degré de contrôle sans précédent pour créer des dispositifs de graphène artificiel. Les expériences démontrent que les nanostructures conçues sont capables de parfaitement confiner les électrons de graphène dans ces structures conçues artificiellement, surmonter le défi critique imposé par le tunnel de Klein. Finalement, cela ouvre de nombreuses nouvelles possibilités passionnantes, à mesure que les nanostructures réalisent des points quantiques de graphène qui peuvent être couplés sélectivement, ouvrant des possibilités pour la matière quantique conçue artificiellement.