Graphène : Tout est sous contrôle : une équipe de recherche démontre un mécanisme de contrôle pour un matériau quantique

Republié par Platon

Suiveurs: 0

ACCUEIL > Presse > Graphène : tout sous contrôle : une équipe de recherche démontre un mécanisme de contrôle pour un matériau quantique

Le professeur Dr Dmitry Turchinovich de l'Université de Bielefeld est l'un des deux responsables de l'étude. Il étudie comment le graphène peut être utilisé dans les futures applications d'ingénierie électrique. Photo : Université de Bielefeld/M.-D. CRÉDIT Müller Photo : Université de Bielefeld/M.-D. Muller

Résumé:
Comment transférer ou traiter de grandes quantités de données le plus rapidement possible ? Le graphène pourrait en être une des clés. Le matériau ultra-fin n’a qu’une seule couche atomique d’épaisseur et les électrons qu’il contient ont des propriétés très particulières dues aux effets quantiques. Il pourrait donc être très bien adapté à une utilisation dans des composants électroniques hautes performances. Cependant, jusqu’à présent, on manquait de connaissances sur la manière de contrôler de manière appropriée certaines propriétés du graphène. Une nouvelle étude menée par une équipe de scientifiques de Bielefeld et de Berlin, en collaboration avec des chercheurs d'autres instituts de recherche en Allemagne et en Espagne, est en train de changer la donne. Les découvertes de l'équipe ont été publiées dans la revue Science Advances.

Graphène: tout est sous contrôle: l'équipe de recherche démontre un mécanisme de contrôle pour le matériau quantique

Bielefeld, Allemagne | Publié le 9 avril 2021

Constitué d’atomes de carbone, le graphène est un matériau d’un seul atome d’épaisseur où les atomes sont disposés dans un réseau hexagonal. Cet arrangement d’atomes est à l’origine de la propriété unique du graphène : les électrons de ce matériau se déplacent comme s’ils n’avaient pas de masse. Ce comportement « sans masse » des électrons conduit à une conductivité électrique très élevée dans le graphène et, surtout, cette propriété est maintenue à température ambiante et dans des conditions ambiantes. Le graphène est donc potentiellement très intéressant pour les applications électroniques modernes.

Il a été récemment découvert que la conductivité électronique élevée et le comportement « sans masse » de ses électrons permettent au graphène de modifier les composantes de fréquence des courants électriques qui le traversent. Cette propriété dépend fortement de la force de ce courant. Dans l’électronique moderne, une telle non-linéarité constitue l’une des fonctionnalités les plus fondamentales pour la commutation et le traitement des signaux électriques. Ce qui rend le graphène unique, c’est que sa non-linéarité est de loin la plus forte de tous les matériaux électroniques. De plus, il fonctionne très bien pour des fréquences électroniques exceptionnellement élevées, s'étendant dans la plage térahertz (THz) technologiquement importante où la plupart des matériaux électroniques conventionnels échouent.

Dans leur nouvelle étude, l'équipe de chercheurs allemands et espagnols a démontré que la non-linéarité du graphène peut être contrôlée de manière très efficace en appliquant des tensions électriques relativement modestes au matériau. Pour cela, les chercheurs ont fabriqué un dispositif ressemblant à un transistor, dans lequel une tension de commande pourrait être appliquée au graphène via un ensemble de contacts électriques. Ensuite, des signaux THz ultra-haute fréquence ont été transmis à l'aide du dispositif : la transmission et la transformation ultérieure de ces signaux ont ensuite été analysées en fonction de la tension appliquée. Les chercheurs ont découvert que le graphène devient presque parfaitement transparent à une certaine tension – sa réponse non linéaire normalement forte disparaît presque. En augmentant ou en abaissant légèrement la tension par rapport à cette valeur critique, le graphène peut être transformé en un matériau fortement non linéaire, modifiant considérablement la force et les composantes de fréquence des signaux électroniques THz transmis et émis.

"Il s'agit d'un pas en avant significatif vers la mise en œuvre du graphène dans les applications de traitement et de modulation du signal électrique", déclare le professeur Dmitry Turchinovich, physicien à l'université de Bielefeld et l'un des responsables de cette étude. "Plus tôt, nous avions déjà démontré que le graphène est de loin le matériau fonctionnel le plus non linéaire que nous connaissions. Nous comprenons également la physique derrière la non-linéarité, qui est maintenant connue sous le nom d'image thermodynamique du transport ultra-rapide des électrons dans le graphène. Mais jusqu'à présent, nous ne savions pas comment pour contrôler cette non-linéarité, qui était le chaînon manquant en ce qui concerne l'utilisation du graphène dans les technologies quotidiennes.

"En appliquant la tension de commande au graphène, nous avons pu modifier le nombre d'électrons du matériau qui peuvent se déplacer librement lorsqu'un signal électrique lui est appliqué", explique le Dr Hassan A. Hafez, membre du groupe de travail du professeur Turchinovich. laboratoire de Bielefeld et l’un des principaux auteurs de l’étude. "D'une part, plus les électrons peuvent se déplacer en réponse au champ électrique appliqué, plus les courants sont forts, ce qui devrait renforcer la non-linéarité. Mais d'un autre côté, plus il y a d'électrons libres disponibles, plus l'interaction entre eux est forte," et cela supprime la non-linéarité. Ici, nous avons démontré - à la fois expérimentalement et théoriquement - qu'en appliquant une tension externe relativement faible de seulement quelques volts, les conditions optimales pour la non-linéarité THz la plus forte dans le graphène peuvent être créées.

"Grâce à ce travail, nous avons franchi une étape importante sur la voie de l'utilisation du graphène comme matériau quantique fonctionnel non linéaire extrêmement efficace dans des dispositifs tels que les convertisseurs de fréquence THz, les mélangeurs et les modulateurs", déclare le professeur Michael Gensch de l'Institut d'optique. Sensor Systems du Centre aérospatial allemand (DLR) et de l'Université technique de Berlin, qui est l'autre responsable de cette étude. "Cela est extrêmement pertinent car le graphène est parfaitement compatible avec la technologie de semi-conducteurs électroniques ultra-haute fréquence existante telle que CMOS ou Bi-CMOS. Il est donc désormais possible d'envisager des dispositifs hybrides dans lesquels le signal électrique initial est généré à une fréquence plus basse en utilisant la technologie de semi-conducteurs existante. mais peut ensuite être converti très efficacement en fréquences THz beaucoup plus élevées dans le graphène, le tout de manière entièrement contrôlable et prévisible.

###

Des chercheurs de l'Université de Bielefeld, de l'Institut des systèmes de capteurs optiques du DLR, de l'Université technique de Berlin, du Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf et de l'Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères en Allemagne, ainsi que de l'Institut catalan de nanosciences et La nanotechnologie (ICN2) et l'Institut des sciences photoniques (ICFO) en Espagne ont participé à cette étude.

####

Pour plus d'informations, veuillez cliquez ici

Contacts :
Professeur Dr Dmitry Turchinovich, Université de Bielefeld
49-521-106-5468

@uniaktuell

Droits d'auteur © Université de Bielefeld

Si vous avez un commentaire, veuillez Contactez-Nous .

Les émetteurs de communiqués de presse, et non 7th Wave, Inc. ou Nanotechnology Now, sont seuls responsables de l'exactitude du contenu.

Signet: