Actu - En bref : le Nobel de physique 2010 aux défricheurs du graphène

[invite94355a9b]

Le prix Nobel de physique vient d'être décerné à&nbsp;Andre Geim et Konstantin Novoselov pour leurs travaux sur un matériau extraordinaire : le graphène. Futura-Sciences, qui a déjà présenté leurs travaux, reviendra sur cette avancée majeure.<br />
D'origine russe, Andre Geim et Konstantin Novoselov travaillent à l'université de Manchester et, en 2004, ont découvert le graphène, cet étonnant cristal bidimensionnel,&nbsp;qui constitue aussi la paroi des nanotubes de carbone et des fullerènes. Ce matér...

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Les actualités Futura-Sciences

[piwi]

C'est le triomphe de la recherche anglaise cette année!

[invite1acecc80]

Bonjour,

"Dans le domaine théorique, il surprend aussi puisque son existence a longtemps été considérée comme... impossible."

Ha bon?

Si on fait référence au théorème de Mermin-Wagner sur l'absence d'un ordre cristallin en 2D...il faut revoir la copie.

Le théorème ne s'applique que sur un plan 2D ("free-standing")... Le graphène repose au moins sur un substrat qui le stabilise...

Qui plus est, la déformation du feuillet de graphène (présence de courbure, ...) stabilise le système (il s'étend en "3D"), ce qui fait que le théorème est inapplicable. ( on peut le voir sur l'image de l'Actualité).

A plus.

[invite1acecc80]

Re,

C'est le triomphe de la recherche anglaise cette année!

Ils sont tous les deux d'origine russe... Geim est hollandais...
Le labo est anglais, mais bon...

A plus.

[A voir en vidéo sur Futura]

[mtheory]

Bonjour,

"Dans le domaine théorique, il surprend aussi puisque son existence a longtemps été considérée comme... impossible."

Ha bon?

Si on fait référence au théorème de Mermin-Wagner sur l'absence d'un ordre cristallin en 2D...il faut revoir la copie.

Le théorème ne s'applique que sur un plan 2D ("free-standing")... Le graphène repose au moins sur un substrat qui le stabilise...

Qui plus est, la déformation du feuillet de graphène (présence de courbure, ...) stabilise le système (il s'étend en "3D"), ce qui fait que le théorème est inapplicable. ( on peut le voir sur l'image de l'Actualité).

A plus.

Hello !

A priori, on a pas dit le contraire

http://www.futura-sciences.com/fr/ne...raphene_25447/

Comme son nom l’indique, le graphène s’obtient à partir du graphite et il s’agit d’un simple feuillet en deux dimensions, composé d’atomes arrangés selon un motif hexagonal. Avec leur épaisseur d’un seul atome de carbone, on pensait que de tels feuillets, qui forment par leur empilement le graphite de nos mines de crayon, étaient physiquement impossibles. Un tel matériau contredisait en apparence un résultat mathématique en physique du solide connu sous le nom de théorème de Mermin-Wagner. Ce dernier était une formulation précise d’un argument (étroitement lié aux notions de symétries brisées) donné par un autre prix Nobel de physique, Lev Landau, « démontrant » l’impossibilité d’un réseau cristallin à deux dimensions.

Pourtant, l’obstination de Geim et Novoselov a fini par porter ses fruits lorsque les deux chercheurs ont bel et bien isolé des feuillets de graphène en 2004. Rétrospectivement, on sait que ce théorème d’impossibilité (no go theorem en anglais) ne s’applique pas si le réseau est parcouru d’ondulations.

[invite1acecc80]

Ok, sorry... j'avais pas lu la suite

Sinon, une chose (rien d'important):
Dire que les électrons du graphène vont 300 moins vite que la lumière n'est pas faux mais ne veux pas dire grand chose quand on étudie le transport électrique. On préfère parler de mobilité... plus parlant.

Pour des détails concernant les transistors:
Il peut potentiellement détrôner le silicium car:
2D "plan" génial pour la lithographie
une mobilité très intéressante, ce qui fait qu'il dissipera moins de chaleur
une mobilité "symétrique" pour les électrons et pour les trous (ça c'est génial, je trouve)
Ensuite, il faut savoir que c'est un matériau à "gap nul" (abus de langage, je trouve). Il faut donc créer de manière détournée un gap non nul pour avoir des propriétés de transistors, ou photoélectriques ( dopages, empilement de feuillets, "constriction")

Parmi les trucs "fun" (il y en a plein):
observation de l'effet hall quantique entier à température ambiante ( mais à 40 Tesla). C'est le seul matériau avec lequel on peut faire ça
Comme les électrons ont un comportement relativiste (ils ne sont pas relativistes pour autant ), ils ne subissent pas les collisions avec des impuretés, ce qui fait qu'ils ont un comportement balistique ( on ne les arrête pas comme ça, contrairement aux électrons d'autres matériau).

A plus.

[mariposa]

Ok, sorry... j'avais pas lu la suite

Sinon, une chose (rien d'important):
Dire que les électrons du graphène vont 300 moins vite que la lumière n'est pas faux mais ne veux pas dire grand chose quand on étudie le transport électrique. On préfère parler de mobilité... plus parlant.

Pour des détails concernant les transistors:
Il peut potentiellement détrôner le silicium car:
2D "plan" génial pour la lithographie
une mobilité très intéressante, ce qui fait qu'il dissipera moins de chaleur
une mobilité "symétrique" pour les électrons et pour les trous (ça c'est génial, je trouve)
Ensuite, il faut savoir que c'est un matériau à "gap nul" (abus de langage, je trouve). Il faut donc créer de manière détournée un gap non nul pour avoir des propriétés de transistors, ou photoélectriques ( dopages, empilement de feuillets, "constriction")

Parmi les trucs "fun" (il y en a plein):
observation de l'effet hall quantique entier à température ambiante ( mais à 40 Tesla). C'est le seul matériau avec lequel on peut faire ça
Comme les électrons ont un comportement relativiste (ils ne sont pas relativistes pour autant ), ils ne subissent pas les collisions avec des impuretés, ce qui fait qu'ils ont un comportement balistique ( on ne les arrête pas comme ça, contrairement aux électrons d'autres matériau).

A plus.

Bonjour,

J'attendais tes interventions.

Peux-tu m'expliquer comment fabrique-t-on du graphène?

Peux-tu me donner la taille typique d'un échantillon de graphène?

Comment fait-on pour prendre des contacts sur un échantillon de graphène?


Merci d'avance.

[invite1acecc80]

Bonjour,

J'attendais tes interventions.

Peux-tu m'expliquer comment fabrique-t-on du graphène?

Peux-tu me donner la taille typique d'un échantillon de graphène?

Comment fait-on pour prendre des contacts sur un échantillon de graphène?


Merci d'avance.

Avec plaisir,

I/ fabrication graphène.

Il y différentes manières, j'en donne les principales:

1/ la méthode de Geim/ Novoselov: du scotch et du crayon . Artisanale (le graphène exfolié)
Le scotch arrache un morceau de feuille (une mono-couche) ou deux (bicouche)... La taille des morceaux sont de l'ordre du micro-mètre carré...
... ensuite on dépose ces morceaux les feuilles collectées sur un substrat. Historiquement au prix Nobel: Oxyde de Silicium.
On tend à changer le substrat (par du nitrure de bore) car la "corrugation" de l'oxyde est trop élévée; il piège des charges (moins propres) et cela influe sur le transport électrique.

2/ Les méthodes plus industrielles: furnace method et cvd method (méthode épitaxiée)

La première est presque (à 1-2 semaines près) au même moment que celle des nobélistes ( d'ailleurs dans la communauté graphène, on s'étonne qu'il n'y ait pas de 3ème homme: Walt de Heer, mais bon c'est de la "politique" et pas de la science oublions! )
Le but chauffer un cristal de carbure de silicium (ordre de 1000°C) sous un environnement réduit de silicium. Il y a recombinaison à la surface du cristal des atomes de carbones en feuillets de graphène.
L'avantage:
on peut obtenir des plans de graphènes bien plus grand (supérieure centimètre carré).
on a des mobilité bien plus élevées que dans le graphène exfolié.
On obtient un empilement de plusieurs feuilles.
Pas besoin de report sur un substrat isolant.

l'autre méthode: CVD (Chemical Vacuum Deposition). Dans une chambre vide muni d'un substrat métallique, on injecte des atomes de carbones... les interactions orbitales (d du métal et 2p du carbone) entre le métal et les atomes de carbones permettent une combinaison des atomes pour former du graphène. Une fois, la croissance faite, on reporte la feuille carbonée sur un substrat isolant (SIO2 principalement).
Avantage: grande dimension, très propres.

3/ Les contacts:
Ca c'est le "défi". En effet le gaphène est relativement inerte... donc pour adhérer des contacts c'est pas facile .
Sinon, c'est une méthode classique de photolithographie, ou electrolithographie:
Masque pour la déposition des métaux. En général ce sont des contacts Or,Ni,...

Pour le cas de l'épitaxié: il arrive qu'on déplace les plans les uns des autres durant une microsoudure...
Autre problème:
localiser les feuilles (hé oui elles sont "transparentes"):
"polarimètre" (les feuilles de graphène se "voient" sur SIO2), sinon caractérisation d'un échantillon "graphétisé" (AFM,raman,...)

Le problème reste pour compter le nombre d'empilement de feuilles.
Là pour l'exfolier, je crois que c'est facile. Il y a un effet particulier lorsque les feuilles sont sur du SIO2 ( des pics raman) permettent de les dénombrer (avec un nombre faible d'empilement).
Sinon, c'est une grosse question... on peut en donner un ordre de grandeur sans plus.

A plus.