Les électrons du graphène peuvent être figés sur place
Le graphène est l'une des formes physiques du carbone, constituée de feuilles d'atomes arrangés en une structure hexagonale. Dans cette structure, les électrons se déplacent comme s'ils n'avaient pas de masse. On les qualifie alors d'électrons de Dirac car ils suivent exactement la même équation que les photons, les particules qui se déplacent à la vitesse de la lumière. La vitesse de ces électrons reste 300 fois inférieure à celle de la lumière, mais elle est bien plus élevée que celle d'autres particules. Des scientifiques ont lancé le projet HOWTOCONTROLGRAPHENE (Search for mechanisms to control massless electrons in graphene) en vue de contrôler le flux des électrons. En effet, les méthodes classiques à base de champ électrique ne peuvent arrêter un électron qui se comporte comme s'il n'avait pas de masse. Les scientifiques ont constaté que les bords de la structure de graphène pouvaient contrôler des fermions de Dirac. Ils ont conclu qu'un seul paramètre suffit à décrire une vaste catégorie de bordures, déterminant la densité des états électroniques et la vitesse de propagation le long du bord. Cette condition est une alternative très efficace aux calculs microscopiques. Elle permet de prévoir l'absence de diffusion inter-vallées pour une large catégorie de reconstitutions et d'orientations de bords. En outre, les états d'extrémité à l'interface entre le graphène et un supraconducteur peuvent devenir supraconducteurs, conduisant à des courants de spin sans charge. Cette découverte est très importante car des électrons «sans masse» et circulant sans résistance dans du graphène pourraient servir à réaliser des dispositifs spintroniques révolutionnaires. La réaction du graphène avec des atomes d'hydrogène peut le rendre isolant. Le dérivé du graphène reste un réseau hexagonal, mais sa période est bien plus courte. Les études précédentes ont obtenu des résultats contradictoires sur le fait que des masses aléatoires puissent localiser des fermions de Dirac, transformant en isolant un graphène au comportement métallique. Les scientifiques ont éclairci le problème en comparant le comportement de fermions de Dirac dans le graphène et dans des isolants topologiques. Les résultats, soutenus par des simulations informatiques, ont montré clairement qu'il n'existe pas de phase métallique dans le graphène avec une masse aléatoire. Le fait de rendre supraconducteurs des fermions de Dirac proche peut en faire une paire de fermions de Majorana. Contrairement aux fermions de Dirac, ces fermions sont leur propre antiparticule. Les scientifiques ont utilisé des «statistiques non abéliennes» pour apporter des preuves de la présence de ces particules furtives, qui peuvent être d'excellents éléments de base pour un ordinateur quantique.
Mots‑clés
Graphène, électronique rapide, sans masse, fermions de Dirac, états aux extrémités, fermion de Majorana, ordinateur quantique
