Dévoiler le comportement de matériaux d'exception

Le graphène est une feuille de carbone épaisse d'un seul atome, c'est ainsi le matériau le plus mince que l'on connaisse. Il est cependant très résistant et dispose de propriétés extraordinaires qui pourraient révolutionner de très nombreux domaines, comme l'électronique, le photovoltaïque ou la médecine. Le graphène est très étudié, tout comme le h-BN, un autre matériau qui existe dans une forme bidimensionnelle épaisse d'un seul atome.

Les scientifiques du projet MESCD, financé par l'UE, ont conduit une étude théorique de plusieurs propriétés de ces deux matériaux. Ils ont basé leurs approches sur la théorie de la fonctionnelle de densité, une modélisation atomistique à grande échelle, la théorie de l'élasticité, et des simulations de dynamique moléculaire.

Les scientifiques ont étudié des mécanismes simples et complexes de répartition des contraintes, découlant d'un stress non uniforme dans trois axes, puis ils ont étudié le réglage de la bande interdite. Ils ont également exploré la polarisation électronique de flocons de graphène et de h-BN, avec une ou plusieurs couches. Les simulations du graphène hydrogéné ont révélé que son comportement d'ondulations thermiques était totalement différent de celui du graphène ou du h-BN.

Les chercheurs ont également étudié les propriétés de fusion de flocons de graphène et du graphène fluoré. Ils ont déterminé le diagramme des phases de ce dernier, et constaté l'importance du rapport entre les atomes de carbone et de fluor.

En se basant sur la théorie de l'élasticité, les scientifiques ont proposé une explication de la très faible fréquence de vibration du graphène libre, en interaction avec la pointe d'un microscope à balayage à effet tunnel. Enfin, ils ont étudié l'énergie de van der Waals stockée entre une couche de graphène et un substrat h-BN.

Par ses travaux, le projet MESCD a considérablement progressé dans la compréhension du comportement extraordinaire de ces matériaux bidimensionnels, organisés comme un cristal et épais d'un seul atome. Les résultats ont été présentés dans des revues à comité de lecture.