GRAPHÈNE

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Comment obtient-on le graphène ?

Quiconque a écrit avec un crayon à papier sait qu'il suffit de faire glisser le crayon sur une feuille pour y déposer du graphite. Ceci est possible parce que les feuilles de graphène (fig. 1a) qui composent un cristal de graphite sont faiblement liées les unes aux autres. C'est aussi le principe de la technique mise au point par Geim et Novoselov, appelée exfoliation, paradoxalement d'une grande simplicité. Un banal ruban de scotch est utilisé pour arracher des feuilles de graphène d'un cristal de graphite très pur et obtenir ainsi un cristal très fin. L'opération est répétée plusieurs fois jusqu'à obtenir sur le scotch un empilement contenant au plus quelques feuilles de graphène. Celles-ci sont alors déposées, toujours par exfoliation, sur du silicium rendu isolant par une fine couche d'oxyde de silicium. La plupart des morceaux de graphite transférés sur le substrat sont des multicouches de graphène. Cependant, certains morceaux, dont la surface peut atteindre le millimètre carré, sont des monofeuillets. Ils peuvent être repérés au microscope optique car, quand l'épaisseur d'oxyde est bien choisie (285 nm), différentes nuances de couleur sont associées aux différentes épaisseurs de graphène (fig. 1b). La microscopie à force atomique ou la spectroscopie Raman permettent ensuite à coup sûr de distinguer les monofeuillets des multifeuillets.

Visualisation du graphène: microscope optique

Photographie : Visualisation du graphène: microscope optique

Observation de pétales de graphène au microscope optique. Les différentes teintes de gris sont associées au nombre de couches de graphène. 

Crédits : Groupe de physique mésoscopique, laboratoire Pierre Aigrain

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Presque simultanément, du graphène a également été obtenu par graphitisation thermique de la surface d'un cristal semiconducteur de carbure de silicium (SiC). Lorsqu'un tel cristal est chauffé à plus de 1 000 0C, les atomes de silicium de la surface s'évaporent tandis que les atomes de carbone se réarrangent pour former une ou plusieurs couches de graphène très peu couplées les unes aux autres et avec le substrat (fig. 1c). On parle alors de graphène épitaxié par opposition au graphène exfolié décrit plus haut. On sait maintenant ob [...]

Visualisation du graphène: microscope à effet tunnel

Photographie : Visualisation du graphène: microscope à effet tunnel

Image de graphène épitaxié sur du carbure de silicium (SiC), obtenue par microscopie à effet tunnel. La structure hexagonale observée à petite échelle correspond au réseau cristallin du graphène. Elle donne l'échelle de la figure, le côté d'un de ces hexagones mesurant... 

Crédits : Pierre Mallet, Jean-Yves Veuillen, Institut Néel, C.N.R.S., Grenoble).

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Visualisation du graphène: microscope optique

Visualisation du graphène: microscope optique
Crédits : Groupe de physique mésoscopique, laboratoire Pierre Aigrain

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Visualisation du graphène: microscope à effet tunnel

Visualisation du graphène: microscope à effet tunnel
Crédits : Pierre Mallet, Jean-Yves Veuillen, Institut Néel, C.N.R.S., Grenoble).

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Transistor à base de graphène

Transistor à base de graphène
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Visualisation du graphène: structure cristalline

Visualisation du graphène: structure cristalline
Crédits : Groupe de physique mésoscopique, laboratoire Pierre Aigrain

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Écrit par :

  • : professeur à l'École normale supérieure, directeur du laboratoire Pierre-Aigrain
  • : directeur de recherche au C.N.R.S., responsable du groupe Physique mésoscopique, directeur du groupement de recherche physique quantique mésoscopique

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Pour citer l’article

Jean-Marc BERROIR, Bernard PLAÇAIS, « GRAPHÈNE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 13 octobre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/graphene/