Blog

Nov 08, 2023

Le graphite torsadé offre un énorme potentiel dans le développement de matériaux

Remplissez le formulaire ci-dessous et nous vous enverrons par e-mail une version PDF de « Le graphite torsadé offre un énorme potentiel dans le développement de matériaux ». Remplissez le formulaire ci-dessous pour débloquer l'accès à TOUS les articles audio.

Remplissez le formulaire ci-dessous et nous vous enverrons par e-mail une version PDF de « Le graphite torsadé offre un énorme potentiel dans le développement de matériaux ».

Remplissez le formulaire ci-dessous pour débloquer l’accès à TOUS les articles audio.

Twistronics, un domaine de la physique de la matière condensée, modifie les propriétés des matériaux 2D en ajustant l'angle entre les couches. Des chercheurs de l'Université de Columbia ont développé une technique utilisant des rubans de graphène pour contrôler systématiquement l'angle de torsion et la déformation, facilitant ainsi l'étude des comportements des matériaux quantiques comme la supraconductivité.

Vous pensez tout savoir sur un matériau ? Essayez de lui donner une tournure, littéralement. C'est l'idée principale d'un domaine émergent de la physique de la matière condensée appelé « twistronique », qui amène les chercheurs à modifier radicalement les propriétés des matériaux 2D, comme le graphène, avec des changements subtils (aussi minimes que passer de 1,1° à 1,2°) dans l'angle. entre les couches empilées. Il a par exemple été démontré que les couches torsadées de graphène se comportent d'une manière que des feuilles simples ne se comportent pas, notamment en agissant comme des aimants, comme des supraconducteurs électriques ou comme l'opposé d'un supraconducteur, des isolants, le tout en raison de petits changements dans l'angle de torsion entre les feuilles.

Abonnez-vous à la newsletter quotidienne de Technology Networks et recevez chaque jour les dernières nouvelles scientifiques directement dans votre boîte de réception.

En théorie, vous pouvez composer n'importe quelle propriété en tournant un bouton qui modifie l'angle de torsion. La réalité, cependant, n'est pas si simple, a déclaré Cory Dean, physicien de Colombie. Deux couches torsadées de graphène peuvent devenir comme un nouveau matériau, mais la raison exacte pour laquelle ces différentes propriétés se manifestent n'est pas bien comprise, et encore moins quelque chose qui peut encore être entièrement contrôlé.

Dean et son laboratoire ont mis au point une nouvelle technique de fabrication simple qui pourrait aider les physiciens à sonder les propriétés fondamentales des couches torsadées de graphène et d'autres matériaux 2D de manière plus systématique et reproductible. Écrivant dans Science, ils utilisent de longs « rubans » de graphène, plutôt que des flocons carrés, pour créer des dispositifs offrant un nouveau niveau de prévisibilité et de contrôle sur l’angle de torsion et la déformation.

"Nous n'avons plus besoin de fabriquer 10 appareils séparés avec 10 angles différents pour voir ce qui se passe. Et nous pouvons désormais contrôler la contrainte."

Les dispositifs en graphène sont généralement assemblés à partir de flocons de graphène ultra-minces qui ne mesurent que quelques micromètres carrés. L’angle de torsion qui en résulte entre les feuilles est fixe et les flocons peuvent être difficiles à superposer en douceur. "Imaginez le graphène comme des morceaux de papier saran : lorsque vous assemblez deux morceaux, vous obtenez de petites rides et bulles aléatoires", a déclaré le postdoctorant Bjarke Jessen, co-auteur de l'article. Ces bulles et rides s’apparentent à des changements dans l’angle de torsion entre les feuilles et à la contrainte physique qui se développe entre les deux et peut provoquer une déformation, une flexion et un pincement aléatoires du matériau. Toutes ces variations peuvent donner lieu à de nouveaux comportements, mais elles sont difficiles à contrôler au sein et entre les appareils.

Les rubans peuvent aider à adoucir les choses. Les nouvelles recherches du laboratoire montrent qu'avec juste une petite poussée de la pointe d'un microscope à force atomique, ils peuvent plier un ruban de graphène en un arc stable qui peut ensuite être placé à plat sur une seconde couche de graphène non incurvée. Le résultat est une variation continue de l'angle de torsion entre les deux feuilles qui s'étend de 0° à 5° sur toute la longueur de l'appareil, avec une tension uniformément répartie sur toute la surface : plus de bulles ou de plis aléatoires à gérer. "Nous n'avons plus besoin de fabriquer 10 appareils distincts avec 10 angles différents pour voir ce qui se passe", a déclaré Maëlle Kapfer, postdoctorante et co-auteure. "Et nous pouvons désormais contrôler la contrainte, ce qui manquait complètement dans les dispositifs tordus précédents."

L’équipe a utilisé des microscopes spéciaux à haute résolution pour confirmer l’uniformité de leurs appareils. Grâce à ces informations spatiales, ils ont développé un modèle mécanique qui prédit les angles de torsion et les valeurs de déformation simplement en fonction de la forme du ruban incurvé.