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Magneto-optics of carbon nano-allotropes

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Combler le manque de connaissances des nanostructures de carbone

Des chercheurs financés par l'UE ont fait des progrès importants dans la compréhension des propriétés des nanostructures de carbone qui pourraient conduire l'évolution des dispositifs électroniques puissants, flexibles et fins de demain que nous attendons tous avec impatience.

Technologies industrielles

Le graphène, dont les inventeurs ont reçu le prix Nobel de physique en 2010, est certainement le matériau le plus extraordinaire du siècle. Il s'agit d'un carbone qui a été isolé sous forme de simple feuillet à partir du graphite ordinaire qu'on trouve dans les crayons. En fait, ce feuillet de carbone pas plus épais qu'un atome serait le matériau le plus résistant jamais mesuré. Étant donné la résistance phénoménale qui se dégage d'un matériau aussi fin et son étonnante conductivité, le graphène pourrait être utilisé pour produire les dispositifs électroniques ultrafins, flexibles et super puissants du futur. Cependant, son potentiel actuel se limite à cela; notamment en ce qui concerne son aptitude à remplacer le silicium dans les dispositifs semi-conducteurs. L'une des principales raisons de son incapacité à stopper le flux de courant ou à se couper (il n'a pas d'«écart de bande» définissant l'écart entre la bande de valence, riche en électrons, et la bande de conduction où les électrons libres peuvent transporter un courant électrique). L'équipe européenne du projet MOCNA («Magneto-optics of carbon nano-allotropes») a cherché à employer des techniques de magnéto-spectroscopie pour étudier les propriétés optiques fondamentales des nanostructures, y compris le graphène, dans des grands champs magnétiques. Les scientifiques se sont penchés sur un phénomène appelé résonance par le champ magnétique avec les phonons (RMP), l'une des méthodes les plus importantes pour déterminer les paramètres bande-structure des semi-conducteurs. Les RMP proviennent de l'émission et de l'absorption de la résonance optique des phonons (vibrant de façon uniforme) par les électrons dans des champs magnétiques puissants. Les niveaux d'énergie dans des champs magnétiques puissants, dans le contexte des semi-conducteurs, sont quantifiés en ce qu'on appelle des niveaux de Landau. L'équipe du projet MOCNA a étudié les RMP, les excitations interniveaux de Landau et les interactions électron-phonon dans le graphène et les résultats de leurs recherches devraient avoir des implications et résultats importants pour le développement du premier laser infrarouge lointain ajustable. Les chercheurs ont également étudié le phénomène magnéto-optique dans des nanotubes de carbone individuels et dans des structures à point quantique simple. Les résultats du projet MOCNA ont permis de mieux comprendre les propriétés fondamentales du graphène et autres nanostructures de carbone qui pourraient avoir un impact important sur le développement futur des dispositifs à base de ce matériau particulièrement attractif du XXIe siècle. Ainsi, le projet MOCNA peut contribuer à positionner l'UE en première ligne dans ce nouveau et remarquable domaine de recherche.

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