Des rubans de graphène hautement conducteurs

Des rubans de graphène où les électrons se déplacent librement, telle est la prouesse réalisée par une équipe internationale comprenant des chercheurs du CNRS, de l’Université de Lorraine et du synchrotron SOLEIL en France, du Georgia Institute of Technology et du Oak Ridge National Laboratory aux Etats-Unis, ainsi que de l’Université Leibniz en Allemagne. Après avoir imaginé une façon nouvelle et originale de synthétiser ces rubans, les scientifiques ont mis en évidence leur conductivité électrique exceptionnelle à température ambiante. Ces nanorubans ouvrent des perspectives prometteuses pour l’électronique de pointe.

Les chercheurs ont choisi de synthétiser ce graphène à une dimension à partir d’un cristal facilement disponible dans le commerce, le carbure de silicium. Grâce à un procédé ingénieux, ils ont réussi à obtenir des rubans d’une très grande qualité structurale, formés d’un «feuillet» de carbone très étroit, de 40 nm de large. La prouesse a consisté à conserver des bords de ruban très organisés. Il s’agit d’un élément primordial, car un ruban de graphène aux bords rugueux ne permet pas une bonne propagation électronique. Pour avoir des rubans réguliers même au bord, l’astuce c’est de creuser des tranchées de profondeur nanométrique dans le carbure de silicium, puis de fabriquer directement les rubans de graphène à partir des plans verticaux de ces tranchées.

Pour les scientifiques, le résultat a dépassé leurs espoirs. En effet, quand ils ont caractérisé les rubans de graphène ainsi conçus, ceux-ci se sont révélé être des conducteurs balistiques à température ambiante: une fois dans le matériau, les électrons s’y déplacent librement sans subir de collision. Les rubans se comportent donc comme des «guides d’onde». La mobilité des charges dans ces matériaux atteint plus d’un million de cm²/Vs. Leur mobilité électrique serait ainsi 1000 fois plus importante que celle des semi-conducteurs en silicium (mobilité inférieure à 1700 cm²/Vs) utilisés notamment dans les processeurs et les mémoires d’ordinateurs. Il s’agit des premiers rubans de graphène dotés d’une conductivité aussi élevée à température ambiante.

Ces travaux sont disponibles sur le site Internet de la revue Nature dans la publication du 5 février 2014.