Le graphène est plus fou qu’on ne le pensait, il peut supporter un courant 1 000 fois supérieur à celui d’un matériau ordinaire

Alors que vous pensiez que le graphène ne pouvait pas être plus impressionnant, et que 2016 avait fini de nous surprendre, le graphène est allé en frapper une dans le parc dans la dernière ligne droite de l’année.

Une nouvelle étude a montré que le graphène est capable de supporter beaucoup plus de courant que ce que nous avions prévu – et bien plus que les matériaux ordinaires – ce qui en fait la brique parfaite pour la prochaine génération d’électronique ultra-rapide.

“La densité de courant est environ 1 000 fois supérieure à celle qui conduirait à la destruction du matériau dans des circonstances normales”, a déclaré l’une des chercheuses, Elisabeth Gruber, de l’Institut de physique appliquée de la TU Wien en Autriche.

“Mais sur ces distances et ces échelles de temps, le graphène peut résister à des courants aussi extrêmes sans subir aucun dommage.”

Pour clarifier, ce dont nous parlons ici n’est pas l’efficacité avec laquelle le graphène peut conduire l’électricité. Au début de l’année, les scientifiques ont déjà réussi à transformer le matériau en supraconducteur, capable de faire circuler des électrons sans résistance.

C’était un exploit, suffisant pour que le graphène conserve son titre de “matériau miracle” une année de plus.

Cette dernière étude ne s’est pas intéressée à l’efficacité du flux d’électrons, mais à la quantité de courant que le matériau pouvait supporter – plus précisément, au nombre d’électrons qu’il pouvait accepter de charger à travers lui en un court laps de temps.

Et les résultats sont impressionnants.

Au cas où vous auriez besoin de vous rafraîchir la mémoire, le graphène est une feuille de carbone d’un atome d’épaisseur, en forme de nid d’abeille, qui présente des propriétés incroyables à l’échelle nanométrique : il est plus solide que l’acier, plus dur que le diamant et incroyablement flexible, et il semble maintenant capable de supporter une densité de charge élevée.

Pour le découvrir, les chercheurs ont projeté des ions xénon chargés positivement sur une feuille de graphène, ce qui a permis d’arracher un grand nombre d’électrons au graphène qu’ils ont traversé.

Imaginez que ces ions xénon arrachent les électrons du graphène comme on lance une balle de tennis sur une feuille poussiéreuse.

Un seul ion xénon pourrait voler plus de 20 électrons d’une minuscule zone du film de graphène, ce qui peut sembler peu, mais étant donné que chaque atome de carbone ne possède que six électrons au départ, cela n’est pas négligeable pour la stabilité du matériau.

En conséquence, les atomes de carbone environnants sont restés extrêmement chargés positivement.

L’ion xénon arrache également un atome de carbone entier de la feuille de graphène lors de son passage, mais l’effet est bien moindre que la perte de tous ces électrons.

Dans un matériau normal, les électrons essaieraient rapidement de corriger le déséquilibre, mais cela ne pourrait pas se faire assez vite, et le matériau commencerait à se dégrader.

“On s’attendrait alors à ce que ces ions carbone chargés positivement se repoussent les uns les autres, s’envolent dans ce qu’on appelle une explosion de Coulomb et laissent un grand vide dans le matériau”, a déclaré Richard Wilhelm, membre de l’équipe du Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf, en Allemagne.

“Mais de façon stupéfiante, ce n’est pas le cas. La charge positive du graphène est neutralisée presque instantanément.”

Le graphène est donc en quelque sorte capable de remplir son trou électronique béant avec de tout nouveaux électrons presque instantanément, ce qui signifie qu’il transporte un courant d’une densité extrêmement élevée en un court laps de temps.

Ces nouveaux électrons se sont précipités pour sauver la situation en quelques femtosecondes (quadrillionièmes de seconde).

“La réponse électronique du matériau à la perturbation causée par l’ion xénon est extrêmement rapide”, a déclaré M. Gruber.

“De forts courants provenant des régions voisines du film de graphène réapprovisionnent rapidement les électrons avant qu’une explosion ne soit provoquée par les charges positives qui se repoussent.”

La densité de courant que le graphène doit supporter pour que cela se produise est environ 1 000 fois supérieure à ce que tout matériau normal pourrait tolérer.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre exactement comment cela se produit, mais c’est une nouvelle incroyable pour les ingénieurs qui veulent construire des appareils électroniques ultra-rapides à l’avenir, car le graphène pourrait être le seul matériau suffisamment durable pour gérer des flux d’électrons aussi intenses.

en effet, le graphène pourrait être le seul matériau suffisamment durable pour supporter des flux d’électrons aussi intenses. “L’espoir est que, pour cette raison même, il sera possible d’utiliser le graphène pour construire une électronique ultra-rapide. Le graphène semble également convenir parfaitement à une utilisation en optique, par exemple pour connecter des composants optiques et électroniques”, a déclaré le chef d’équipe Fritz Aumayr.

C’est ça le graphène, c’est ça le graphène.

Les travaux de recherche ont été publiés dans Nature Communications.