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Matériaux
Obtention de graphène par croissance : les travaux de recherche donnent de premiers résultats

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/58573.htm

En 2004, deux groupes de chercheurs indépendants trouvaient indépendamment un moyen pour produire du graphène [1] et le mesurer électriquement. Aujourd'hui, les travaux communs de l'Office fédéral de physique et de métrologie (PTB) et l'Université Leibniz de Hanovre ont donné leurs premiers résultats. Les couches de carbone constituant ce matériau présentent d'intéressantes propriétés. Les électrons y sont particulièrement mobiles et pourraient remplacer les matériaux semi-conducteurs actuellement utilisés dans les puces d'ordinateurs. La recherche fondamentale n'en est aujourd'hui encore qu'à ses débuts.

L'épitaxie [2] est l'une des techniques de croissance utilisées pour produire du graphène. L'Office fédéral de physique et de métrologie (PTB) et l'Université Leibniz de Hanovre ont publié dans le journal scientifique Applied Physics Letters les premiers résultats issus de leur projet de coopération, portant sur les interactions entre les couches ainsi créées. Dans une prochaine étape, l'Université de Hanovre devrait analyser les interactions au sein des couches. Ensuite le PTB devrait se charger des mesures de l'effet Hall quantique, encore jamais réalisées sur du graphène obtenu par croissance.

Pour obtenir ces couches de graphène, en version simplifiée, les chercheurs ont chauffé un morceau de carbure de silicium. A une certaine température, les atomes de carbone migrent vers la surface et se positionnent sous forme d'une structure circulaire régulière en une couche fine. "L'une des questions intéressantes qui occupent de nombreux chercheurs actuellement a été : la première couche déposée est-elle déjà du graphène ?", explique le Dr. Christoph Tegenkampf, chef du projet à l'Université de Hanovre. Son groupe de projet a utilisé différentes méthodes, entre autres la microscopie à effet tunnel, la diffraction d'électrons lents (LEED, [3]) et la spectroscopie de pertes d'énergie (EELS, [4]), afin d'examiner les interactions entre la première couche d'atomes de carbone et le "support". "Comme le graphène cristallise en deux dimensions sur un substrat de carbure de silicium, des interactions résiduelles ont lieu", explique le Dr. Tegenlkampf, "ainsi, la première couche ne se comporte pas exactement comme du graphène du point de vue électrique mais son comportement s'en approche". L'analyse des interactions au sein même de la couche devrait permettre d'approfondir ces premiers résultats. Selon le Dr. Tegenkampf, l'Université de Hanovre dispose pour cela de méthodes d'analyse uniques.

Par la suite, le PTB devrait se charger des mesures électriques hautement précises d'effet Hall quantique. Cette méthode est utilisée depuis quelque temps pour les semi-conducteurs afin de réaliser un étalon quantique de résistance électrique, c'est-à-dire pour l'unité Ohm. Le groupe de recherche du Dr. Hans Werner Schumacher au PTB s'intéresse avant tout aux particularités de l'effet Hall quantique dans le graphène, seul matériau dans lequel il serait observable à température ambiante. Au contraire, dans les semi-conducteurs, il n'apparaîtrait qu'à de très basses températures, proches du zéro absolu. C'est pourquoi l'utilisation du graphène comme étalon de résistance quantique pourrait faciliter les mesures.

En parallèle à cette application en métrologie très importante, le PTB poursuit une autre démarche : à côté d'analyses menées sur du graphène obtenu par "croissance", des mesures électriques sont actuellement réalisées sur du graphène obtenu par extraction mécanique de graphite. Des mesures tests seraient déjà prometteuses selon Franz-Joseph Ahlers, responsable de l'étude au PTB. Des chiffres devraient être publiés dans quelques mois.

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- [1] Article de Wikipedia sur le graphène : http://fr.wikipedia.org/wiki/Graph%C3%A8ne
- [2] Article de Wikipedia sur l'épitaxie : http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89pitaxie
- [3] Article sur le principe de diffraction d'électrons basse énergie : http://redirectix.bulletins-electroniques.com/Ymb9o
- [4] Article de Wikipedia sur la spectroscopie de pertes d'énergie : http://redirectix.bulletins-electroniques.com/qL99i
- Publication : Graphitization process of SiC (0001) studied by electron energy loss spectroscopy. T. Langer, H. Pfnür, H.W. Schumacher, and C. Tegenkamp. Applied Physical Letters 94, 112106 (2009). url : http://link.aip.org/link/?APPLAB/94/112106/1
- Dr. Christoph Tegenkamp, chef du projet - Institut für Festkörperphysik, Leibniz Universität Hannover - tél : +49 511 762 2542 - email : tegenkamp@fkp.uni-hannover.de
- Dr. Hans Werner Schumacher, chef du groupe de travail du PTB - Arbeitsgruppe 2.53 Niedrigdimensionale Elektronensysteme, Physikalisch-Technische Bundesanstalt - tél : +49 531 592 2414 - email : hans.w.schumacher@ptb.de

Code brève
ADIT : 58573

Communiqué de presse, Leibniz-Universität Hannover et Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) - 06/04/2009

Nadia Heshmati, nadia.heshmati@diplomatie.gouv.fr

BE Allemagne numéro 431 (8/04/2009) - Ambassade de France en Allemagne / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/58573.htm