Dans la vie, rien n’est parfait. Ou alors peut-être juste ce film de graphène que des chercheurs viennent d’obtenir. Sans « îles » ni même plis ou fissures, il pourrait ouvrir la voie à de nouvelles applications.

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    Le graphènegraphène. Ce sont peut-être les antivax qui en parlent le plus depuis quelques semaines. Il entrerait dans la composition des vaccins anti-Covid. Mais assez d'élucubrations. C'est aujourd'hui bien plus sérieusement que ce matériau « miracle » revient sur le devant de la scène. Des chercheurs de l’Ulsan National Institute of Science and Technology (Unist, Corée du Sud) viennent d'annoncer qu'ils sont parvenus à faire croître un graphène monocristallin incroyablement pur sur une grande surface. Le graphène parfait !

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    L'équipe avait déjà produit des films de graphène monocristallins dénués de ces petites « îles » formées d'une seconde couche de matériau. C'était sur des feuilles de Cu(111), à l'aide de méthane (CH4) et à des températures d'environ 1.320 kelvins (K) - soit un peu moins de 1.050 °C. Mais ces films de graphène comprenaient toujours des plis et des fissures. Ils se formaient lorsque le matériau était ramené à la température ambiante et diminuaient ses performances.

    Cette fois, les chercheurs sont parvenus à éliminer ces défauts. Des expériences avaient en effet montré que les plis en question se formaient à au moins 1.020 K. Alors, les physiciensphysiciens ont décidé d'essayer de faire croître leur graphène par voie chimique, sur des feuilles de Cu-Ni(111) et à différentes températures autour de ce seuil. Ils ont constaté que cela fonctionnait parfaitement sur une plage comprise entre 1.000 et 1.030 K. Le graphène ainsi produit a montré des performances remarquables. Comme preuve de la perfection !

    Sur cette illustration, les chercheurs de l’<em>Ulsan National Institute of Science and Technology</em> (Unist, Corée du Sud) montrent comment des plis se forment dans des films de graphène pendant le processus de refroidissement après croissance sur une feuille de Cu (111). © Unist
    Sur cette illustration, les chercheurs de l’Ulsan National Institute of Science and Technology (Unist, Corée du Sud) montrent comment des plis se forment dans des films de graphène pendant le processus de refroidissement après croissance sur une feuille de Cu (111). © Unist

    Un bond en avant pour la science et pour les applications

    Les chercheurs soulignent par ailleurs la simplicité de leur méthode. Chaque feuille de Cu-Ni(111) peut produire simultanément deux films de graphène - un de chaque côté - qui peuvent être délaminés en seulement une minute. La feuille de Cu-Ni(111), quant à elle, peut resservir ensuite plusieurs fois. Après cinq cycles de croissance, elle ne perd en effet que 0,0001 gramme.

    Grâce à la technique de microscopie électronique en transmission, les chercheurs ont même pu identifier les raisons pour lesquelles se forment des plis dans les films de graphène. Une désadhérence initiée dans les régions de « bord de marche » entre les plateaux de Cu-Ni(111) monocristallins. Des « bords de marche » qui apparaissent justement à une température d'environ 1.030 K.

    La production de tels films de graphène parfait permet d'envisager la fabrication simple de dispositifs intégrés haute performance, orientés dans n'importe quelle direction sur l'ensemble du matériau. Ces films de graphène monocristallin devraient s'avérer importants non seulement pour de nouvelles avancées en science fondamentale, mais aussi pour de nouvelles applicationsapplications dans les domaines de l'électronique, de la photonique, de la mécanique, de la thermique ou autres.