Prix Nobel de physique pour la recherche du graphène

2010/10/05 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia

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André Geim, à gauche, et Konstantin Novoselov. (Photos: Sergeom, Wikimedia Commons et University of Manchester)

Le graphène est un nom très reconnu dans le monde de la divulgation scientifique. C'est un matériau surprenant et, dans une certaine mesure, nouveau. L'information sur les propriétés admirables du graphène et les avances scientifiques et technologiques basées sur ces propriétés sont constamment éditées. Pour l'instant, certaines sont des idées théoriques, d'autres sont déjà des prototypes de laboratoire. Mais les experts conviennent que le graphène est très proche de pouvoir être utilisé dans la pratique. Le prix Nobel de cette année sera remis à ceux qui ont isolé pour la première fois le graphène, aux physiciens André Geim et Constantin Novoselov de l'Université de Manchester.

Un morceau de graphite

Il s'agit d'un matériau nouveau et à la fois ancien, car il est juste une partie de la structure atomique du graphite. Le graphite, à l'échelle atomique, est formé de nombreuses feuilles. Et le graphène est le matériau qui est obtenu en isolant une de ces lames. Il est dit bidimensionnel parce que c'est la seule lame d'un seul atome d'épaisseur. Bien sûr, c'est un objet tridimensionnel, mais les propriétés sont les propriétés d'une surface, d'une seule plaque.

Les électrons des atomes qui forment cette feuille unique se déplacent librement à travers elle. C'est pourquoi le graphène conduit l'électricité aussi bien que les métaux. En outre, il conduit mieux que les métaux. D'autre part, comme il s'agit d'une feuille monoatome, il est presque transparent, et un matériau très résistant en même temps, les liaisons chimiques qui unissent les atomes sont très robustes et stables. Les experts soulignent également que l'effet Hall est facilement visible, c'est-à-dire lorsque la feuille du graphène est traversée par un champ magnétique, il crée un champ électrique dans le matériau. Cette propriété utile apparaît également dans de nombreux autres matériaux mais à des températures très basses. Le graphène apparaît à température ambiante. En bref, c'est un matériau merveilleux.

Mais le graphène a un problème : il n'est pas facile de s'isoler. Même si les feuilles de graphite ne sont pas réunis avec beaucoup de force entre eux, isoler un est très complexe. Et ce matériel qui en théorie semble merveilleux ne pouvait pas être créé.

Méthode du zèle

Jusqu'en 2004. La même année, André Geim et Constantin Novoselov utilisèrent la méthode du zèle pour exfolier le graphite, c'est-à-dire isoler les planches uniques de graphène. En frottant le graphite sur un morceau de silicium, ils obtenaient des morceaux de centaines de feuilles. On leur collait un matériau semblable au zèle sur les deux faces, et quand le zèle s'ouvrait, ils obtenaient des morceaux avec moins de lames. Geim et Novoselov répétèrent à plusieurs reprises ce processus jusqu'à ce qu'ils aient isolé les dalles uniques.

La méthode n'était pas nouvelle, mais personne n'a réussi à isoler le graphène. Les deux scientifiques récompensés oui, et après avoir confirmé que les plaques étaient d'un seul atome, ils ont obtenu des électrodes qui ont mesuré la conductivité du graphène et l'effet Hall.

Ce travail a eu une grande répercussion; la communauté scientifique espérait obtenir le graphène, qui trois ans plus tard était un matériel 'à la mode'.

Russes en Angleterre

Andre Geim et Konstantin Novoselov sont nés en Russie, où ils ont étudié la physique. Ils ont ensuite travaillé ensemble aux Pays-Bas, où Geim a été le directeur de la thèse de Novoselov et, quand celui-ci a déménagé en Angleterre, il était aussi. Le travail du graphène a eu lieu à l'Université de Manchester. Andre Geim est devenu célèbre pour avoir gagné en 2000 l'Ig Nobel de physique à côté du physicien sir Michael Berry. C'est la première personne qui gagne le Nobel et l'Ig Nobel.