La découverte d'un "matériau miracle" pour l'électronique du futur
Une équipe de chercheurs observe les effets Floquet dans le graphène, ouvrant la voie à une technologie innovante
Le graphène est un matériau extraordinaire : une feuille d'atomes de carbone imbriqués d'une épaisseur d'un atome seulement, stable et extrêmement conductrice. Il est donc utile dans toute une série de domaines, tels que les écrans électroniques flexibles, les capteurs de haute précision, les batteries puissantes et les cellules solaires efficaces. Une nouvelle étude, menée par l'université de Göttingen en collaboration avec des collègues de Braunschweig et de Brême en Allemagne, et de Fribourg en Suisse, porte désormais le potentiel du graphène à un tout autre niveau. Pour la première fois, les chercheurs ont observé directement les "effets Floquet" dans le graphène. Cela résout un débat de longue date : L'ingénierie de Floquet - une méthode qui consiste à modifier très précisément les propriétés d'un matériau à l'aide d'impulsions lumineuses - fonctionne également dans les matériaux quantiques métalliques et semi-métalliques tels que le graphène. L'étude a été publiée dans Nature Physics.
Le phénomène physique connu sous le nom d'"états de Floquet", qui a été observé pour la première fois dans le graphène, tel qu'envisagé par l'artiste Lina Segerer. L'image "Dirac Cones I" explore le concept des états de Floquet dans le graphène générés par des impulsions lumineuses. La peinture montre la structure électronique tridimensionnelle du graphène - connue sous le nom de cônes de Dirac - et ses répliques créées par la lumière.
Lina Segerer (www.linasegerer.de)
Les chercheurs ont utilisé la microscopie à impulsion femtoseconde pour étudier expérimentalement les états de Floquet dans le graphène. Dans cette technique, les échantillons sont d'abord excités par des flashs lumineux rapides, puis examinés par une impulsion lumineuse retardée afin de suivre les processus dynamiques dans le matériau. Nos mesures prouvent clairement que des "effets Floquet" se produisent dans le spectre de photoémission du graphène", explique le Dr Marco Merboldt, physicien à l'université de Göttingen et premier auteur de l'étude. "Cela montre clairement que l'ingénierie Floquet fonctionne réellement dans ces systèmes, et le potentiel de cette découverte est énorme. L'étude montre que l'ingénierie Floquet fonctionne dans de nombreux matériaux. Cela signifie que l'objectif de concevoir des matériaux quantiques dotés de propriétés spécifiques - et de le faire avec des impulsions laser en un temps extrêmement court - se rapproche.
L'adaptation des matériaux de cette manière à des applications spécifiques pourrait constituer la base de l'électronique, de l'informatique et de la technologie des capteurs de l'avenir. Le professeur Marcel Reutzel, qui a dirigé les recherches à Göttingen avec le professeur Stefan Mathias, déclare : "Nos résultats ouvrent de nouvelles voies pour contrôler les états électroniques des matériaux quantiques par la lumière. Cela pourrait déboucher sur des technologies dans lesquelles les électrons sont manipulés de manière ciblée et contrôlée." M. Reutzel ajoute : "Ce qui est particulièrement intéressant, c'est que cela nous permet également d'étudier les propriétés topologiques. Il s'agit de propriétés spéciales, très stables, qui présentent un grand potentiel pour le développement d'ordinateurs quantiques fiables ou de nouveaux capteurs pour l'avenir."
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Publication originale
Marco Merboldt, Michael Schüler, David Schmitt, Jan Philipp Bange, Wiebke Bennecke, Karun Gadge, Klaus Pierz, Hans Werner Schumacher, Davood Momeni, Daniel Steil, Salvatore R. Manmana, Michael A. Sentef, Marcel Reutzel, Stefan Mathias; "Observation of Floquet states in graphene"; Nature Physics, Volume 21, 2025-5-6
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