Le graphène est un matériau constitué d’une seule couche d’atomes de carbone au potentiel exceptionnel. Une feuille de graphène est près d’un million de fois plus fine qu’un cheveu, plus résistante à la rupture que l’acier, tout en étant très légère.
Elle se présente sous la forme alvéolée d’un treillis en nid d’abeille. En empilant des feuilles de graphène, on obtient le graphite, matériau gris des mines de crayons . Le graphène est doté d’une très bonne conductivité électrique : les électrons s’y déplacent jusqu’à 200 fois plus vite à température ambiante que dans le silicium.
Une collaboration franco-américaine s’intéresse depuis le début des années 2000 aux propriétés électroniques du graphène en espérant concevoir un matériau de très grande mobilité électronique à température ambiante.
Les chercheurs ont déjà montré que les nanotubes de carbone, l’une des formes de graphène les plus connues, transportent le courant électrique sans atténuation au sein du matériau. Mais les nanotubes de carbone s’avèrent complexes à fabriquer et à insérer en très grand nombre sur une puce électronique.
C’est pourquoi les chercheurs se sont tournés vers des rubans « plats » de graphène. Ils ont synthétisé ce graphène à une dimension à partir d’un cristal facilement disponible dans le commerce, le carbure de silicium. Ils ont obtenu des rubans d’une très grande qualité structurale, formés d’un « feuillet » de carbone très étroit, de 40 nm de large.
Ces rubans de graphène se sont révélés conducteurs balistiques à température ambiante : une fois dans le matériau, les électrons s’y déplacent sans subir de collision. Les rubans se comportent donc comme des « guides d’onde ». La mobilité des charges tteint plus de un million de cm2/V.s. Leur mobilité électrique serait ainsi 1000 fois plus importante que celle des semi-conducteurs en silicium (mobilité inférieure à 1700 cm2/V.s) utilisés notamment dans les processeurs et mémoires d’ordinateurs. Il s’agit des premiers rubans de graphène dotés d’une telle conductivité à température ambiante.
Ces rubans peuvent être produits facilement et en grande quantité tout en conservant les mêmes propriétés. Ce qui rend leur utilisation à grande échelle possible. De par leur exceptionnelle conductivité électronique à température ambiante, ces nouveaux rubans de graphène pourraient permettre de nombreuses applications en nanoélectronique de pointe.
michel.deprost@enviscope.com avec le communiqué du CNRS.
1 Ces travaux concernent les laboratoires français suivants : l’Institut Néel (CNRS) ainsi que l’Institut Jean Lamour (CNRS/Université de Lorraine) et le synchrotron SOLEIL pour la caractérisation des rubans de graphène.
Bibliographie
Exceptional ballistic transport in epitaxial grapheme nanoribbons. Jens Baringhaus, Ming Ruan, Frederik Edler, Antonio Tejeda, Muriel Sicot, AminaTaleb-Ibrahimi, An-Pin Li, Zhigang Jiang, Edward Conrad, Claire Berger, Christoph Tegenkamp, Walt A. de Heer. Nature. Publié en ligne le 5 février 2014.