Les progrès récents dans le développement de dispositifs constitués de matériaux 2D ouvrent la voie à de nouvelles capacités technologiques, notamment dans le domaine de la technologie quantique. Jusqu'à présent, cependant, peu de recherches ont été menées sur les pertes d'énergie dans les systèmes à forte interaction.
C'est dans cette optique que l'équipe dirigée par le professeur Ernst Meyer du Département de physique de l'Université de Bâle a utilisé un microscope à force atomique en mode pendule pour étudier plus en détail un dispositif au graphène. Pour cela, les chercheurs ont utilisé un graphène à deux couches, fabriqué par des collègues du LMU Munich, dans lequel les deux couches étaient tordues de 1,08°.
Lorsqu'elles sont empilées et tordues l'une par rapport à l'autre, les deux couches de graphène produisent des superstructures « moirées » et le matériau acquiert de nouvelles propriétés. Par exemple, lorsque les deux couches sont tordues selon l'angle dit magique de 1,08°, le graphène devient un supraconducteur à très basse température, conduisant l'électricité sans pratiquement aucune dissipation d'énergie.
Grâce à des mesures de microscopie à force atomique (AFM), le Dr Alexina Ollier a maintenant pu prouver que l'angle de torsion des couches atomiques de graphène était uniforme sur toute la couche, à environ 1,06°. Elle a également pu mesurer comment les propriétés conductrices de courant de la couche de graphène peuvent être modifiées et ajustées en fonction de la charge appliquée à l'appareil.
En fonction de la « charge » des différentes cellules de graphène avec des électrons, le matériau se comportait comme un isolant ou un semi-conducteur. La température relativement élevée de 5 Kelvin (-268,15°C) lors des mesures signifie que les chercheurs n'ont pas atteint la supraconductivité dans le graphène, car ce phénomène (conduction du courant sans dissipation d'énergie) ne se produit qu'à une température beaucoup plus basse de 1,7 Kelvin.
"Mais nous avons pu non seulement modifier et mesurer les propriétés de conduction du courant de l'appareil", explique Ollier, premier auteur de l'étude publiée dans Communications Physics. , "mais aussi pour conférer des propriétés magnétiques au graphène, qui, bien sûr, n'est constitué que d'atomes de carbone."
"C'est une réussite que nous soyons capables d'imager de minuscules flocons de graphène dans des composants électriques, de modifier leurs propriétés électriques et magnétiques et de les mesurer avec précision", déclare Meyer à propos de ces travaux, qui faisaient partie d'une thèse de doctorat au SNI Ph. D. École. "À l'avenir, cette méthode nous aidera également à déterminer la perte d'énergie de divers composants bidimensionnels en cas d'interactions fortes."
Plus d'informations : Alexina Ollier et al, Dissipation d'énergie sur le graphène bicouche torsadé à angle magique, Physique des communications (2023). DOI : 10.1038/s42005-023-01441-4
Informations sur le journal : Physique des communications
Fourni par l'Université de Bâle
