Mobilité électrique du graphène

Des chercheurs de l'université du Maryland viennent de montrer que la mobilité des électrons dans le graphène était supérieure à celle dans les autres matériaux dans des conditions de températures ordinaires. Cette découverte confirme l'intérêt porté sur ce matériau par les chercheurs et les industriels pour l'évolution des semi-conducteurs. L'équipe de recherche du Professeur Fuhrer de l'université du Maryland a publié ses résultats dans Nature Nanotechnology, en utilisant une couche fine de graphène déposée sur un substrat de Silicium.


Le graphène est très étudié pour ses multiples propriétés et notamment ses propriétés de semi-métal et de semi-conduction. Il pourrait être une des solutions pour remplacer le Silicium. Les mesures de cette équipe ont montré que les vibrations thermiques n'ont que des effets exceptionnellement faibles sur la conduction des électrons présents dans le graphène. En général, dans un matériau, l'énergie thermique fait vibrer les atomes et augmente donc la résistivité électrique intrinsèque, et limite la conductivité maximale dans celui-ci. Cette résistivité ne peut être réduite que par fort refroidissement du matériau. Ainsi, ces mesures montrent que la résistivité du graphène à température ambiante est de l'ordre de 10 nOhm.m (nano Ohm-mètre), alors que l'argent, le meilleur matériau jusqu'alors, présente une résistivité de 15,8 nOhm.m. Ceci représente donc une amélioration d'environ 35%.

Pour les semiconducteurs, on se réfère en général à la mobilité des porteurs de charges, exprimée en cm2/Vs (centimètres carré par Volt seconde). Là aussi, l'équipe a montré que la limite de mobilité dans le graphène est d'environ 200.000 cm2/Vs, alors qu'elle est de 1,400 cm2/Vs dans le silicium et de 77.000 cm2/Vs dans l'antimoniure d'indium (InSb), le semi-conducteur ayant la meilleure mobilité mesurée à ce jour.

Il faut cependant noter qu'à cause des imperfections dans les échantillons utilisés, les résultats expérimentaux n'ont pas atteint les maximums théoriques.