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La découverte du graphène est récompensée par le prix Nobel 2010 de physique

Deux scientifiques de l’Université de Manchester ont reçu le prix Nobel 2010 de physique pour leurs recherches pionnières sur le graphène, un film de carbone d’épaisseur atomique dont la force, la flexibilité et la conductivité électrique ont ouvert de nouveaux horizons pour la recherche en physique pure ainsi que de nouvelles applications de haute technologie.

André Geim et son collègue (un ancien assistant postdoctoral) Konstantin Novoselov ont produit pour la première fois du graphène en 2004 en arrachement à plusieurs reprises des bandes de graphite avec du ruban adhésif pour en isoler un seul plan atomique. Ils ont analysé sa force, sa transparence, et ses propriétés conductrices dans un article publié dans Science la même année.

C’est un Nobel digne de mention pour la simple raison que le graphène est l’un des matériaux les plus prometteurs et polyvalents jamais découvert. Il pourrait détenir la clé de tout, des super ordinateurs de petite taille à des batteries de grande capacité. Les propriétés du graphène sont attrayantes pour les scientifiques et les ingénieurs électriques pour une foule de raisons. Par exemple, il pourrait être possible de construire des circuits qui sont plus petits et plus rapides que ce qui peut être construit avec le silicium.

Imaginez « des cristaux d’un atome ou d’une molécule d’épaisseur, des plans essentiellement bidimensionnels d’atomes obtenus à partir de cristaux classiques», a déclaré le gagnant du prix Nobel Andre Geim. « Le graphène est plus résistant et plus rigide que le diamant, mais peut être étiré jusqu’à 125% de sa longueur initiale tout comme le caoutchouc. Son ratio surface/poids est le plus grand connu. » Ci-dessous, nous présentons quelques applications du graphène.

Transistors nanométriques

En 2008, l’équipe de Konstantin Novoselov a créé un transistor de graphène mesurant 1 nanomètre. Ce transistor a une largeur de 10 atomes et une épaisseur d’un seul atome. Non seulement ce transistor est plus petit que le plus petit transistor au silicium possible, il pourrait très bien représenter la limite physique absolue de la loi de Moore.

« Il s’agit de la plus petite taille atteignable, » a déclaré Novoselov. « Du point de vue de la physique, le graphène est une mine d’or. Vous pouvez l’étudier pendant des siècles. »

Stockage de données super-dense

Les chercheurs du monde entier se sont déjà mis à travailler avec le graphène. Une équipe de l’Université Rice de 2008 a créé un nouveau type de mémoire flash basée sur le graphène. Cette mémoire est plus dense et est plus stable que toute autre technologie de stockage. Plus tôt cette année, deux chercheurs de l’Université de Floride du Sud ont signalé des techniques permettant d’améliorer et de diriger sa conductivité en créant des défauts du genre fil pour envoyer un courant circulant à travers des bandes de graphène.

Stockage d’énergie

Les applications du graphène dans le domaine de l’énergie sont aussi extraordinairement riche. La compagnie texane Graphene Energy prévoit utiliser un film de graphène pour créer de nouveaux ultra-condensateurs permettant de stocker et de transmettre la puissance électrique. Les entreprises qui utilisent actuellement des nanotubes de carbone pour créer des appareils électroniques portables commencent à passer au graphène, qui est plus mince et potentiellement moins coûteux à produire. La plupart des recherches en technologies émergentes est consacrée à l’élaboration de nouvelles techniques de fabrication permettant une production de graphène rapide, à moindre coût et en grande quantité.

Photonique : des cellules solaires flexibles aux écrans tactiles

Une équipe de l’Université de Cambridge fait valoir dans un article de la revue Nature Photonics que le véritable potentiel de graphène réside dans sa capacité à conduire la lumière ainsi que l’électricité. Robuste, souple et sensible à la lumière, le graphène pourrait améliorer l’efficacité des cellules solaires et des LED. Il pourrait également permettre la production d’appareils de nouvelle génération comme des écrans tactiles souples, des photo-détecteurs et des lasers ultra-rapides. En particulier, le graphène pourrait remplacer les métaux rares et coûteux comme le platine et l’indium, effectuant les mêmes tâches avec plus d’efficacité à une fraction du coût.

Physique des particules à haute énergie

Selon Andre Geim, le graphène « rend possible des expériences avec des particules quantiques à grande vitesse que les chercheurs au CERN près de Genève, en Suisse, ne peuvent pas encore réaliser. » Parce que le graphène est un matériau bidimensionnel, les électrons peuvent s’y déplacer avec aucune résistance grâce à sa structure en treillis. En fait, les électrons s’y comportent comme des particules de Heisenberg, avec une masse au repos effective nulle.

Voici une explication permettant de vulgariser ce phénomène. Pour avoir une masse dans le sens traditionnel du terme, les objets doivent avoir un volume; les électrons circulant dans le graphène bidimensionnel n’ont pas de volume. En d’autres termes, les propriétés mêmes qui font du graphène un support efficace pour le stockage et la transmission de l’énergie démontrent aussi quelque chose de fondamental sur la nature de l’univers subatomique.

Source : article original

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