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Quantum Interference and electro-PHonon ANOmalies in graphenes

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Une étude des mécanismes microscopiques du graphène

Des scientifiques financés par l'UE ont réalisé d'importants progrès dans l'étude des propriétés du graphène aux niveaux électronique et du transport. Les descriptions théoriques et expérimentales posent les bases pour exploiter ces propriétés dans de nouveaux dispositifs, révolutionnaires.

Technologies industrielles

Le graphène est l'un des matériaux les plus passionnants du XXIe siècle. En particulier, le graphène en une ou deux couches semble très prometteur pour l'électronique et la photonique à l'échelle nanométrique, car les champs électriques entre les couches peuvent créer une bande interdite. Outre ces bizarreries dans les propriétés de transport, ces systèmes présentent aussi d'intéressantes anomalies au niveau des phonons. Les propriétés du graphène résultent principalement de la force et de la nature des interactions entre le réseau d'atomes et les électrons, et de la dynamique du réseau. Le projet QUANTUMPHANOGRAPHENE («Quantum interference and electro-phonon anomalies in graphenes»), financé par l'UE, a notablement contribué à identifier les mécanismes microscopiques contrôlant l'activité des phonons infrarouges dans des matériaux à base de graphène, ainsi que les effets sur la conductivité optique. L'analyse des anomalies des phonons a révélé directement les mécanismes gouvernant les propriétés des interactions entre les électrons et le réseau d'atome, donnant lieu à une ligne-forme de phonons asymétrique. Le projet a étudié la présence de telles lignes-formes, nommées asymétries Fano, qui apportent une sonde directe pour les excitations trou-particule couplées avec l'interaction électron-phonon. L'asymétrie Fano, tout comme l'intensité crête du phonon, dépend fortement de la tension externe de grille. En outre, des comparaisons avec les mesures expérimentales ont apporté des informations sur les différentes excitations impliquées dans les diverses sondes. L'analyse quantitative du spectre des phonons optiques s'est avérée un puissant outil pour caractériser les propriétés électroniques des matériaux à plusieurs couches de graphène. Il s'agit notamment du nombre de couches, de l'ordre d'empilement, de la présence de la bande interdite, du niveau de dopage intrinsèque, et du dopage contrôlé par effet de champ. À partir de ces résultats, le projet a également cherché à déterminer les propriétés physiques de matériaux en 2 dimensions à base de dichalcogénides, qui présentent des propriétés similaires à celles du graphène. Il en a étudié les propriétés électroniques, de masquage, supraconductrices et électro-élastiques. Lorsque l'on contrôle avec précision les propriétés électroniques et de transport du graphène, il devient un outil remarquablement souple pour réaliser des dispositifs d'échelle nanométrique. Les activités du projet se sont traduites par 3 publications dans des revues scientifiques.

Mots‑clés

Graphène, microscopique, propriétés de transport, nano-échelle, électronique, photonique, bande interdite, phonon, anomalies de phonon, propriétés électroniques, électron, réseau, interférence quantique, conductivité optique, ligne-forme, asymétrie Fano,

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