« La supraconductivité du graphène »

On le présente souvent comme le matériau miracle. Pourtant, on attend toujours que le graphène, avec ses propriétés hors-normes, révolutionne notre monde. Une découverte récente pourrait bien faire, enfin, avancer les choses : les doubles de couches de graphène seraient supraconductrices.

Selon la théorie des bandes, les isolants de Mott devraient conduire le courant. Leurs bandes, en effet, ne sont qu’à moitié remplies. Mais dans la pratique, ils ne conduisent pas l’électricité. La faute aux interactions trop importantes entre électrons. Mais un dopage à l’oxygène peut retourner la situation et les transformer subitement en supraconducteurs.

Il y a quelques mois, des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT, États-Unis) ont montré que c’est à peu près ce qu’il se passe aussi lorsque deux couches de graphène — connues pour être semi-conductrices — sont superposées avec un angle très précis de 1,1°. Elles sont alors isolantes. Mais dopé, à l’aide d’électrons cette fois, le graphène devient supraconducteur.

Des couches exactement superposées

Cet angle de 1,1° rend malheureusement difficile une production de masse. Mais des chercheurs du Helmholtz Zentrum Berlin (Allemagne) semblent avoir découvert que la supraconductivité des doubles couches de graphène est un phénomène plus général. Ils ont pu l’observer à partir d’un cristal de carbure de silicium très simplement chauffé jusqu’à ce que les atomes de silicium s’évaporent de sa surface, laissant derrière eux deux couches de graphène exactement superposées.

Grâce au rayonnement synchrotron de BESSY II, les physiciens ont pu analyser avec une précision sans précédent, la structure de bande de leur échantillon. Ils ont vu apparaître, une structure de bande effectivement semblable à celle d’un isolant de Mott, présentant des bandes plates. Celles-ci, sous réserve qu’elles soient portées au niveau de l’énergie dite « de Fermi » — soit, à seulement 200 milli-électrons-volts de là, grâce à un dopage —, rendent le matériau supraconducteur.

Sources

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