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Décoder les mystères du graphène « Wonder Material » à travers la diffusion arc-en-ciel

Graphene Rainbow Concept Art

Les chercheurs ont utilisé la technique de diffusion arc-en-ciel pour étudier efficacement la structure et les imperfections du graphène, ouvrant la voie à des études plus avancées de ce matériau polyvalent.

De nouvelles recherches utilisent des protons pour mettre en lumière la structure et les imperfections de ce matériau merveilleux en deux dimensions.

Le graphène est un matériau miracle bidimensionnel qui a été suggéré pour un large éventail d’applications dans les domaines de l’énergie, de la technologie, de la construction, etc. depuis qu’il a été isolé pour la première fois du graphite en 2004.

Cette couche unique d’atomes de carbone est dure mais flexible, légère mais à haute résistance, avec graphène calculé pour être 200 fois plus résistant que l’acier et cinq fois plus léger que l’aluminium.

Le graphène peut sembler parfait, mais il ne l’est littéralement pas. Des échantillons isolés de cet allotrope 2D ne sont pas parfaitement plats, avec sa surface ondulée. Le graphène peut également présenter des défauts structurels qui peuvent, dans certains cas, nuire à sa fonction et, dans d’autres cas, peuvent être essentiels à l’application choisie. Cela signifie que la mise en œuvre contrôlée des défauts pourrait permettre d’affiner les propriétés souhaitées des cristaux bidimensionnels de graphène.

Aperçus de la diffusion arc-en-ciel sur le graphène

Dans un nouvel article publié dans La revue physique européenne D (EPJ D), Milivoje Hadžijojić et Marko Ćosić, tous deux de l’Institut Vinča des sciences nucléaires de l’Université de Belgrade, en Serbie, examinent la diffusion arc-en-ciel des photons traversant le graphène et comment elle révèle la structure et les imperfections de ce matériau merveilleux.

Bien qu’il existe d’autres moyens d’étudier les imperfections du graphène, ceux-ci présentent des inconvénients. Par exemple, la spectroscopie Raman ne peut pas distinguer certains types de défauts, tandis que la microscopie électronique à transmission à haute résolution peut caractériser les défauts de la structure cristalline avec une résolution exceptionnelle, mais les électrons énergétiques qu’elle utilise peuvent dégrader le réseau cristallin.

« L’effet arc-en-ciel n’est pas si rare dans la nature. Il a également été découvert dans la diffusion des atomes et des molécules. Il a été détecté dans des expériences de diffusion d’ions sur des cristaux minces. Nous avons théoriquement étudié une diffusion de protons de faible énergie sur le graphène et démontré que l’effet arc-en-ciel se produit également dans ce processus », explique Hadžijojić. « De plus, nous avons montré que la structure du graphène et les vibrations thermiques pouvaient être étudiées via l’effet de diffusion arc-en-ciel de protons. »

En utilisant un processus appelé diffusion arc-en-ciel, le duo a observé la diffraction qu’ils ont prise lors de son passage à travers le graphène et le motif « arc-en-ciel » créé.

Caractérisant le motif de diffraction, les chercheurs ont découvert que le graphène parfait donnait un motif arc-en-ciel dans lequel la partie médiane était une seule ligne avec la partie intérieure démontrant un motif à symétrie hexagonale, une symétrie qui était absente du graphène imparfait.

Les scientifiques ont également conclu que des types de défauts spécifiques produisent leurs propres motifs arc-en-ciel distincts, ce qui pourrait être utilisé dans de futures recherches pour identifier et caractériser les types de défauts dans un échantillon de graphène.

Hadžijojić a conclu: « Notre approche est plutôt unique et pourrait potentiellement servir de technique de caractérisation complémentaire utile du graphène et de matériaux bidimensionnels similaires. »

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