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Le graphène remporte le prix Nobel
le Prix Nobel de physique 2010 a été décerné aux deux chercheurs qui ont réalisé les premières expériences sur le graphène, une feuille bidimensionnelle d'atomes de carbone. Le prix, décerné aux physiciens de l'Université de Manchester André Geim et Constantin Novoselov , reconnaît les travaux qui ont commencé il y a moins de dix ans sur un matériau qui a depuis été utilisé pour fabriquer des transistors et des électrodes extensibles qui battent tous les records.
Gagnant du prix: Le prix Nobel de physique cette année a été décerné à des chercheurs britanniques qui ont été les pionniers de l'étude du graphène. Cette image au microscope électronique à balayage montre une feuille de graphène froissée du matériau à un seul atome d'épaisseur.
Le graphène est un matériau aux nombreux superlatifs : c'est le meilleur conducteur d'électricité à température ambiante et le matériau le plus résistant jamais testé. C'est aussi un excellent conducteur de chaleur, transparent et flexible. Avant les travaux de Geim et Novoselov, les chercheurs avaient théorisé l'existence du matériau et avaient prédit qu'il pourrait être utilisé pour fabriquer des transistors plus de 100 fois plus rapides que ceux des puces à base de silicium d'aujourd'hui. Mais jusqu'à ce que les chercheurs britanniques fabriquent et testent le graphène en 2004, de nombreux physiciens ont deviné que des matériaux d'un atome d'épaisseur seraient instables.
En 2004, Geim et Novoselov ont fabriqué du graphène en laboratoire en utilisant du ruban adhésif pour peler un morceau de graphite en feuilles de plus en plus minces, comme dans cette vidéo. Une feuille de graphène est une couche unique d'atomes de carbone enchevêtrés dans un motif hexagonal répétitif en nid d'abeille.
Le graphène est un matériau naturel. Des couches de graphène constituent le graphite trouvé dans la mine de crayon. Lorsque vous tracez un crayon sur un morceau de papier, ces couches sont clivées, laissant de fines couches de ces feuilles de carbone. En écrasant le graphite et en le pelant avec du ruban adhésif en flocons de plus en plus minces et finalement en morceaux d'un seul atome d'épaisseur, Geim et Novoselov ont pu fabriquer des quantités utilisables de graphène qui pourraient être étudiées et dissiper les doutes sur la stabilité du graphène.
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Kostya Novoselov fait une démonstration de sa technique low-tech pour fabriquer du graphène.
Dans leurs premiers travaux, en 2004, ils ont non seulement démontré qu'ils avaient fabriqué du graphène, mais ont également élucidé ses propriétés électriques en le modelant et en le connectant à des électrodes. Ils n'étaient pas les premiers à voir le graphène, mais ce sont certainement Geim et Novoselov qui ont vraiment ouvert la porte pour pouvoir l'étudier, dit James Tour , professeur de chimie à l'Université Rice.
Une fois qu'ils ont développé ce système expérimental pour étudier le matériau, Geim et Novoselov, et d'autres chercheurs qui ont suivi, ont découvert des choses remarquables. Premièrement, les électrons du graphène se comportent comme s'ils n'avaient pas de masse, se déplaçant à des vitesses d'un million de mètres par seconde. (Comparez cela à la vitesse de la lumière dans le vide, 300 millions de mètres par seconde.) Et tandis que les électrons rebondissent généralement sur les obstacles à l'intérieur d'un matériau conducteur, les électrons voyageant à travers le parfait réseau en nid d'abeille du graphène ont une navigation fluide.
La structure parfaite du graphène donne lieu à des effets quantiques exotiques qui sont étudiés par les physiciens. Cependant, les propriétés électriques du matériau, sa transparence et sa résistance ont été exploitées par des ingénieurs travaillant à tout, des écrans tactiles aux cellules solaires en passant par les matériaux structurels légers. Des chercheurs d'IBM développent des matrices de transistors en graphène qui laissent du silicium conventionnel dans la poussière, et un groupe de Samsung développe des électrodes en graphène imprimées à utiliser dans des écrans tactiles transparents et flexibles.
En reconnaissance de la promesse du matériel, ENFANTS présenté les travaux de Georgia Tech sur les transistors au graphène comme l'une des technologies émergentes les plus prometteuses en 2008 ; la même année, nous avons récompensé Novoselov avec notre prix du jeune innovateur, le TR35.
La technique de Geim et Novoselov peut être utilisée pour fabriquer du graphène en quantités relativement faibles, suffisantes pour l'étudier en laboratoire et fabriquer des dispositifs de test, mais loin d'être suffisantes pour la fabrication. Dans l'intervalle, les chercheurs ont développé des méthodes pour fabriquer de plus grandes quantités de matériau, et maintenant ils apprennent à l'utiliser pour fabriquer des appareils.
Maintenant, nous devons trouver des moyens de synthétiser le graphène de manière fiable à grande échelle et de rendre ces technologies reproductibles d'une manière qui ait un sens économique, explique Phaedon Avouris, un chercheur développant des transistors et des photodétecteurs de graphène au Watson Research Center d'IBM à Yorktown Heights, New York. .