L'effet accordéon rend le graphène extensible
Une nouvelle propriété du graphène révélée par des mesures ultra-propres sans air Environnement
Le graphène est un "matériau miracle" : extrêmement résistant sur le plan mécanique et hautement conducteur sur le plan électrique, il est idéal pour des applications connexes. Grâce à une méthode unique au monde, des physiciens de l'université de Vienne, sous la direction de Jani Kotakoski, ont pour la première fois rendu le graphène radicalement plus extensible en l'enroulant comme un accordéon. Cela ouvre la voie à de nouvelles applications nécessitant une certaine extensibilité (par exemple, l'électronique portable). Dans le cadre d'une collaboration avec l'université technologique de Vienne, le mécanisme exact de ce phénomène a été révélé et publié dans la revue Physical Review Letters.
La première preuve expérimentale de l'existence du graphène en 2004 a créé une toute nouvelle classe de matériaux, les solides bidimensionnels (2D). Leur nom vient du fait qu'ils ne sont constitués que d'une seule couche d'atomes, ce qui leur confère des propriétés matérielles exotiques susceptibles de profiter à divers domaines d'application. Le graphène, par exemple, se distingue par son énorme conductivité électrique, mais il est également très rigide. Cette rigidité extrême résulte de la disposition en nid d'abeille des atomes du matériau. Intuitivement, l'élimination de certains atomes du matériau ainsi que de leurs liaisons devrait entraîner une réduction de la rigidité. Toutefois, des études scientifiques ont fait état d'une légère réduction et d'une augmentation significative.
Ces contradictions viennent d'être clarifiées par de nouvelles mesures effectuées par les chercheurs du groupe dirigé par Jani Kotakoski à l'université de Vienne. Les expériences ont été réalisées avec des appareils de pointe qui partagent tous le même environnement ultra-propre sans air. Les échantillons peuvent ainsi être transportés d'un appareil à l'autre sans jamais être exposés à l'air ambiant. "Ce système unique que nous avons mis au point à l'université de Vienne nous permet d'examiner des matériaux 2D sans interférence", explique Jani Kotakoski. Wael Joudi, premier auteur de l'étude, ajoute : "Pour la première fois, ce type d'expérience a été réalisé en isolant totalement le graphène de l'air ambiant et des particules étrangères qu'il contient. Sans cette séparation, ces particules se déposeraient rapidement sur la surface, ce qui affecterait la procédure et les mesures de l'expérience".
En fait, l'attention portée à la propreté méticuleuse de la surface du matériau a conduit à la découverte de ce que l'on appelle l'effet accordéon en ce qui concerne la rigidité du graphène : l'élimination de deux atomes voisins entraîne déjà un gonflement perceptible du matériau initialement plat. Plusieurs renflements combinés donnent lieu à une ondulation du matériau : "On peut l'imaginer comme un accordéon. Lorsqu'on l'écarte, le matériau ondulé s'aplatit, ce qui nécessite beaucoup moins de force que l'étirement du matériau plat et le rend donc plus extensible", explique Wael Joudi. Les simulations réalisées par les physiciens théoriciens Rika Saskia Windisch et Florian Libisch de l'université de technologie de Vienne confirment la formation d'ondes et l'étirement qui en résulte.
Les expériences ont également montré que les particules étrangères présentes à la surface du matériau non seulement suppriment cet effet, mais aboutissent au résultat inverse. Plus précisément, leur influence fait apparaître le matériau plus rigide, ce qui explique également les contradictions du passé. "Cela montre l'importance de l'environnement de mesure lorsqu'il s'agit de matériaux 2D. Les résultats permettent de réguler la rigidité du graphène et ouvrent ainsi la voie à des applications potentielles", conclut Wael Joudi.
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