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Le graphène pourrait être plus performant que les semi-conducteurs

Le graphène est un matériau est constitué d’une couche unique d’atomes de carbone. Sa découverte a été récompensée par le Prix Nobel de physique 2010. Les propriétés exceptionnelles sont au cœur de la recherche mondiale en ingénierie, biologie et chimie. Contre toute attente, les chercheurs de l’UNIGE viennent d’observer une rotation de la lumière d’une très grande amplitude au cœur du graphène, une rotation qui rend ce matériau utilisable dans de nouvelles applications optiques. Le dernier numéro de la revue Nature Physics dévoile ces résultats.
Dans la course à la miniaturisation et à la nano-fabrication des composants électroniques, le graphène, le matériau le plus mince du monde possède des propriétés surprenantes. La plus exceptionnelle est le fait que les électrons qui génèrent le courant électrique en se déplaçant possèdent une vitesse bien plus grande que dans un matériau classique. Cette propriété permet notamment d’envisager une
électronique plus rapide. Le graphène représenterait une alternative extrêmement prometteuse aux matériaux semi-conducteurs usuels.
Des chercheurs du Département de physique de la matière condensée de l’UNIGE et du Pôle de recherche national MaNEP (Materials with Novel Electronic Properties) ont étudié la polarisation optique d’une lumière infrarouge traversant une couche de
graphène lorsqu’il est sous l’influence d’un aimant. La polarisation de la lumière est utilisée dans les filtres des appareils photos, les lunettes de cinéma 3D, les verres de certaines lunettes de soleil ou encore les communications optiques (Internet, téléphones portables…).
Dans un matériau classique, la rotation de la polarisation augmente avec l’épaisseur de l’échantillon. Dans le graphène dont l’épaisseur est pôurtant celle d’un atome la rotation est gigantesque. C’est ce qu’on montré les expériences réalisées à l’UNIGE, en collaboration avec des chercheurs de l’Université de Erlangen-Nuremberg (Allemagne) et de l’Advanced Light Source à Berkeley (Etats-Unis). Les électrons du graphène interagissent spécifiquement avec les particules de la lumière.

Cette découverte positionne le graphène en tête de file des matériaux du futur. Les résultats de cette étude permettent
d’envisager l’usage du graphène pour diverses applications électro-optiques dans le domaine infrarouge, applications où la polarisation joue un rôle crucial (lasers ultra-rapides). En effet, dans le graphène, le sens et l’amplitude de la rotation de la polarisation peuvent être
facilement et rapidement inversés. Cette observation d’une rotation de grande amplitude dans une seule couche atomique rendra aisée la miniaturisation des dispositifs actuels.

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