Le graphène, matériau miracle, remporte un nouveau superlatif
Dans un article publié dans Nature, des chercheurs de l'université de Manchester font état d'une magnétorésistance record apparaissant dans le graphène dans des conditions ambiantes.
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Les matériaux qui modifient fortement leur résistivité sous l'effet de champs magnétiques sont très recherchés pour diverses applications et, par exemple, chaque voiture et chaque ordinateur contiennent de nombreux petits capteurs magnétiques. Ces matériaux sont rares, et la plupart des métaux et des semi-conducteurs ne modifient leur résistivité électrique que d'une infime fraction de pour cent à température ambiante et dans des champs magnétiques pratiquement viables (typiquement, de moins d'un millionième de 1 %). Pour observer une forte réponse de magnétorésistance, les chercheurs refroidissent généralement les matériaux à des températures d'hélium liquide afin que les électrons à l'intérieur se dispersent moins et puissent suivre des trajectoires cyclotroniques.
Aujourd'hui, une équipe de recherche dirigée par le professeur Sir Andre Geim a découvert que le bon vieux graphène, qui semblait avoir été étudié dans les moindres détails au cours des deux dernières décennies, présente une réponse remarquablement forte, atteignant plus de 100 % dans les champs magnétiques d'aimants permanents standard (d'environ 1 000 Gauss). Il s'agit d'une magnétorésistivité record parmi tous les matériaux connus.
S'exprimant sur cette dernière découverte du graphène, Sir Andre Geim a déclaré : "Les personnes qui travaillent sur le graphène, comme moi-même, ont toujours pensé que cette mine d'or de la physique aurait dû être épuisée depuis longtemps. Ce matériau nous prouve sans cesse que nous avons tort en trouvant une nouvelle incarnation. Aujourd'hui, je dois à nouveau admettre que le graphène est mort, vive le graphène".
Pour y parvenir, les chercheurs ont utilisé du graphène de haute qualité et l'ont réglé sur son état intrinsèque, vierge, où il n'y a que des porteurs de charge excités par la température. Ils ont ainsi créé un plasma de "fermions de Dirac" se déplaçant rapidement et présentant une mobilité étonnamment élevée en dépit d'une diffusion fréquente. La mobilité élevée et la neutralité de ce plasma de Dirac sont des éléments cruciaux pour la magnétorésistance géante observée.
"Au cours des dix dernières années, la qualité électronique des dispositifs en graphène s'est considérablement améliorée, et tout le monde semble se concentrer sur la découverte de nouveaux phénomènes à de basses températures d'hélium liquide, ignorant ce qui se passe dans des conditions ambiantes. Ce n'est peut-être pas si surprenant, car plus l'échantillon est froid, plus son comportement est intéressant. Nous avons décidé de faire monter la température et, contre toute attente, nous avons découvert toute une série de phénomènes inattendus", explique le Dr Alexey Berdyugin, auteur correspondant de l'article.
Outre la magnétorésistivité record, les chercheurs ont également découvert qu'à des températures élevées, le graphène neutre devient ce que l'on appelle un "métal étrange". C'est le nom donné aux matériaux dans lesquels la diffusion des électrons devient extrêmement rapide, n'étant déterminée que par le principe d'incertitude d'Heisenberg. Le comportement des métaux étranges est mal compris et reste un mystère qui fait actuellement l'objet de recherches dans le monde entier.
Les travaux de Manchester ajoutent un peu plus de mystère à ce domaine en montrant que le graphène présente une magnétorésistance linéaire géante dans des champs supérieurs à quelques Tesla, qui dépend faiblement de la température. Cette magnétorésistance à haut champ bat à nouveau tous les records.
Le phénomène de la magnétorésistance linéaire est resté une énigme pendant plus d'un siècle depuis qu'il a été observé pour la première fois. Les travaux actuels de Manchester fournissent des indices importants sur les origines du comportement étrange des métaux et de la magnétorésistance linéaire. Le graphène, qui représente un système électronique propre, bien caractérisé et relativement simple, permettra peut-être de résoudre enfin ces mystères.
"Le graphène de haute qualité non dopé à température ambiante offre la possibilité d'explorer un régime entièrement nouveau qui, en principe, aurait pu être découvert il y a une dizaine d'années, mais qui, pour une raison ou une autre, a été négligé par tout le monde. Nous prévoyons d'étudier ce régime de métaux étranges et, certainement, d'autres résultats, phénomènes et applications intéressants suivront", ajoute le Dr Leonid Ponomarenko, l'un des principaux auteurs de l'article paru dans Nature .
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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