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Comment empiler les feuillets de graphène en préservant leurs propriétés électroniques.
23 mars 2010
Dans le graphène, un feuillet de carbone épais d’une seule couche atomique, les électrons ont une mobilité bien plus grande que dans la plupart des conducteurs usuels. Ce matériau est ainsi un candidat de choix pour l’électronique très haute fréquence dans le domaine terahertz. Toutefois, lorsque les feuillets de graphène sont empilés les uns sur les autres ou reposent sur un substrat, l’interaction entre couches successives fait en général disparaître les propriétés particulières qui reposent sur la nature purement bidimensionnelle de ces structures. De manière remarquable, ce n’est pas le cas pour l’empilement que l’on trouve dans « graphène épitaxié multifeuillets » (Note : empilement obtenu en faisant croître des feuillets de graphène sur la face carbone d’un cristal de carbure de silicium SiC). Grâce à des mesures de photoémission résolue en angle et de diffraction de rayons X, un travail en collaboration de physiciens français et américains vient de démontrer que l’intégrité de la structure électronique de chaque feuillet est préservée. Ce résultat publié dans Physical Review Letters permet d’envisager sérieusement l’utilisation du graphène épitaxié multifeuillets pour des applications en électronique.
Dans leur expérience, les chercheurs ont utilisé les rayons X produits par le synchrotron SOLEIL pour analyser la structure spatiale et les propriétés électroniques du graphène épitaxial multifeuillet. Les mesures de photoémission résolue angulairement montrent que les propriétés de conduction électronique sont les mêmes que celles d’un feuillet individuel. Ces mesures permettent aussi de déterminer l’orientation des feuillets et indiquent que l’angle entre les axes de deux feuillets successif ne vaut pas exactement soixante degrés, comme c’est le cas dans l’empilement du graphite. Ces multicouches forment ainsi un empilement quasi-ordonné de feuillets de graphène sans interaction entre eux. Ce résultat montre que la réalisation de monofeuillets ou bifeuillets de graphène n’est pas un prérequis pour l’électronique à base de graphène, mais qu’il est possible d’utiliser des empilements multifeuillets, beaucoup plus facile à réaliser.
- Structure de bande mesurée en ARPES pour du graphène épitaxié multicouches (11 feuillets sur la face C de 6H-SiC).
- Deux cônes sont visibles.
En savoir plus
First Direct Observation of a Nearly Ideal Graphene Band Structure, M. Sprinkle1, D. Siegel2, Y. Hu1, J. Hicks1, A. Tejeda3,4, A. Taleb-Ibrahimi5, P. Le Fèvre4, F. Bertran4, S. Vizzini6,7, H. Enriquez6,7, S. Chiang6,8, P. Soukiassian6,7, C. Berger1,9, W. A. de Heer1, A. Lanzara2, et E. H. Conrad1, PRL, 103, 226803 (2009).
Contacts chercheurs
Institut Néel :
Claire Berger, chercheur
Synchrotron Soleil :
Amina Taleb, chercheur
Informations complémentaires
1The Georgia Institute of Technology, Atlanta, USA
2Department of Physics, University of California, Berkeley, USA
3Institut Jean Lamour, UMR 7198, Vandoeuvre les Nancy :
4Synchrotron SOLEIL, Gif sur Yvette
5UR1 CNRS/Synchrotron SOLEIL, Gif sur Yvette
6Commissariat à l’Energie Atomique, SIMA, DSM-IRAMIS-SPCSI, Gif sur Yvette
7Département de Physique, Université de Paris-Sud, Orsay
8Department of Physics, University of California-Davis, USA
9Institut Néel, UPR 2940, CNRS, Grenoble
Contacts INP
Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Karine Penalba,
inp-communication cnrs-dir.fr
