GraphèneLe graphène est un matériau bidimensionnel cristallin, forme allotropique du carbone dont l'empilement constitue le graphite. Cette définition théorique est donnée par le physicien en 1947. Par la suite, le travail de différents groupes de recherche permettra de se rendre compte que la structure du graphène tout comme ses propriétés ne sont pas uniques et dépendent de sa synthèse/extraction (détaillée dans la section Production).
Graphene nanoribbonGraphene nanoribbons (GNRs, also called nano-graphene ribbons or nano-graphite ribbons) are strips of graphene with width less than 100 nm. Graphene ribbons were introduced as a theoretical model by Mitsutaka Fujita and coauthors to examine the edge and nanoscale size effect in graphene. Large quantities of width-controlled GNRs can be produced via graphite nanotomy, where applying a sharp diamond knife on graphite produces graphite nanoblocks, which can then be exfoliated to produce GNRs as shown by Vikas Berry.
Potential applications of graphenePotential graphene applications include lightweight, thin, and flexible electric/photonics circuits, solar cells, and various medical, chemical and industrial processes enhanced or enabled by the use of new graphene materials. In 2008, graphene produced by exfoliation was one of the most expensive materials on Earth, with a sample the area of a cross section of a human hair costing more than 1,000asofApril2008(about100,000,000/cm2). Since then, exfoliation procedures have been scaled up, and now companies sell graphene in large quantities. Optique intégréeL'optique intégrée concerne l'utilisation de technologies similaires à celles de la microélectronique pour la réalisation de composants optiques de très petite dimension. La réalisation des systèmes d'optique intégrée se fait par modification d'un substrat comme le phosphure d'indium. Ces technologies permettent de réaliser dans de faibles volumes des fonctions optiques élémentaires ou élaborées impossibles à réaliser par d’autres technologies. Leur géométrie générale est celle de plaquettes de quelques cm d'une épaisseur maximale de .
Silicon photonicsSilicon photonics is the study and application of photonic systems which use silicon as an optical medium. The silicon is usually patterned with sub-micrometre precision, into microphotonic components. These operate in the infrared, most commonly at the 1.55 micrometre wavelength used by most fiber optic telecommunication systems. The silicon typically lies on top of a layer of silica in what (by analogy with a similar construction in microelectronics) is known as silicon on insulator (SOI).
Matériau bidimensionnelUn matériau bidimensionnel, parfois appelé matériau monocouche ou matériau 2D, est un matériau constitué d'une seule couche d'atomes ou de molécules. Depuis l'isolement du graphène (une seule couche de graphite) en 2004, beaucoup de recherches ont été réalisées pour isoler d'autres matériaux bidimensionnels en raison de leurs caractéristiques inhabituelles et pour une potentielle utilisation dans des applications telles que le photovoltaïque, les semi-conducteurs et la purification de l'eau.
ÉpitaxieL'épitaxie est une technique de croissance orientée, l'un par rapport à l'autre, de deux cristaux possédant un certain nombre d'éléments de symétrie communs dans leurs réseaux cristallins. On distingue l'homo-épitaxie, qui consiste à faire croître un cristal sur un cristal de nature chimique identique, et l'hétéro-épitaxie, dans laquelle les deux cristaux sont de natures chimiques différentes. Étymologiquement, « épi » en grec signifie « sur » et « taxis », « arrangement ».
Amplificateur optiqueEn optique, on appelle amplificateur optique un dispositif qui amplifie un signal lumineux sans avoir besoin de le convertir d'abord en signal électrique avant de l'amplifier avec les techniques classiques de l'électronique. Un amplificateur à fibre dopée fonctionne à la manière d'un laser. Une portion de fibre optique est dopée et est pompée optiquement avec un laser afin de placer les ions de dopage dans un état excité.
Ordinateur optiqueUn ordinateur optique (ou ordinateur photonique) est un ordinateur numérique qui utilise des photons pour le traitement des informations, alors que les ordinateurs conventionnels utilisent des électrons. Les photons ont la particularité de ne pas créer d’interférence magnétique, de ne pas générer de chaleur et de se propager très rapidement. Les transistors optiques sont beaucoup plus rapides que les transistors électroniques. Des ordinateurs optiques pourraient être plus puissants que les ordinateurs conventionnels actuels.
Cristal photoniqueLes cristaux photoniques sont des structures périodiques de matériaux diélectriques, semi-conducteurs ou métallo-diélectriques modifiant la propagation des ondes électromagnétiques de la même manière qu'un potentiel périodique dans un cristal semi-conducteur affecte le déplacement des électrons en créant des bandes d'énergie autorisées et interdites. Les longueurs d'onde pouvant se propager dans le cristal se nomment des modes dont la représentation énergie-vecteur d'onde forme des bandes.
Dépôt chimique en phase vapeurvignette|Schéma d'un CVD Le dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pour l'anglais chemical vapor deposition) est une méthode de dépôt sous vide de films minces, à partir de précurseurs gazeux. La CVD est un procédé utilisé pour produire des matériaux solides de haute performance, et de grande pureté. Ce procédé est souvent utilisé dans l'industrie du semi-conducteur pour produire des couches minces. Dans un procédé CVD typique, le substrat est exposé à un ou plusieurs précurseurs en phase gazeuse, qui réagissent et/ou se décomposent à la surface du substrat pour générer le dépôt désiré.
Nitrure de boreLe nitrure de bore est un composé chimique de formule BN. C'est une céramique réfractaire ultradure et semiconductrice. Il est isoélectronique avec le carbone et, comme ce dernier, existe sous plusieurs polymorphes, les plus courants étant le nitrure de bore hexagonal, noté h-BN, analogue au graphite, et le nitrure de bore cubique, noté c-BN, analogue au diamant. Le premier est utilisé comme lubrifiant ainsi que dans certains produits cosmétiques, tandis que le second, qui présente une structure cristalline de type sphalérite, est un peu moins dur que le diamant mais avec une meilleure stabilité chimique et thermique .
Opto-électroniquealt=Une diode laser vue au microscope électronique|vignette|Une diode laser vue au microscope électronique L'opto-électronique est à la fois une branche de l'électronique et de la photonique. Elle concerne l'étude des composants électroniques, appelés aussi composants photoniques, qui émettent de la lumière ou interagissent avec elle. Parmi eux, se trouvent les capteurs ou les diodes permettant la conversion de photons en charge électrique ou réciproquement, les systèmes permettant la gestion d'un signal optique dans les télécommunications par fibre optique ou encore les systèmes d'optique intégrée.
Dépôt physique par phase vapeurvignette|Montage expérimental d’une évaporation par dépôt chimique vapeur Le dépôt physique en phase vapeur (ou PVD pour l'anglais physical vapor deposition) est un ensemble de méthodes de dépôt sous vide de films minces : Évaporation directe : Évaporation sous vide (ou évaporation) Évaporation par faisceau d'électron en phase vapeur (angl. electron beam evaporation) Pulvérisation cathodique (sputtering) : les particules de métal sont séparées de leur substrat par bombardement ionique.
Résonance plasmon de surfaceLa résonance des plasmons de surface (ou ) est un phénomène physique d'interaction lumière-matière principalement connu pour son utilisation comme méthode de mesure de la liaison d'un « ligand » sur un « récepteur » adsorbé à la surface d'une couche métallique. La résonance de plasmons de surface est une oscillation de densité de charges pouvant exister à l'interface entre deux milieux ou matériaux ayant des constantes diélectriques de signes opposés comme un conducteur immergé dans un liquide diélectrique.
Couche minceUne couche mince () est un revêtement dont l’épaisseur peut varier de quelques couches atomiques à une dizaine de micromètres. Ces revêtements modifient les propriétés du substrat sur lesquels ils sont déposés. Ils sont principalement utilisés : dans la fabrication de composants électroniques telles des cellules photovoltaïques en raison de leurs propriétés isolantes ou conductrices ; pour la protection d'objets afin d'améliorer les propriétés mécaniques, de résistance à l’usure, à la corrosion ou en servant de barrière thermique.
Fiber-optic cableA fiber-optic cable, also known as an optical-fiber cable, is an assembly similar to an electrical cable but containing one or more optical fibers that are used to carry light. The optical fiber elements are typically individually coated with plastic layers and contained in a protective tube suitable for the environment where the cable is used. Different types of cable are used for optical communication in different applications, for example long-distance telecommunication or providing a high-speed data connection between different parts of a building.
Oxyde de graphiteL'oxyde de graphite, autrefois appelé oxyde graphitique ou acide graphitique, est un composé inorganique de carbone, oxygène et hydrogène dans des ratios atomiques variables. Il est obtenu en traitant du graphite avec des oxydants forts. Le produit le plus oxydé est le solide jaune avec un ratio C:O entre 2,1 et 2,9 qui conserve la structure en couche du graphite mais avec des espaces intercouches beaucoup plus larges et irréguliers.
Dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasmathumb|Équipement de PECVD. Le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (ou PECVD, pour Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition en anglais) est un procédé utilisé pour déposer des couches minces sur un substrat à partir d'un état gazeux (vapeur). Des réactions chimiques se déroulent au cours du processus après la formation d'un plasma à partir des gaz du réacteur. Le plasma est généralement créé à partir de ce gaz par une décharge électrique pouvant être générée à partir de sources radio-fréquences (13,56 MHz), micro-ondes (2,45 GHz) ou par une décharge électrique continue entre deux électrodes.
TwistronicsTwistronics (from twist and electronics) is the study of how the angle (the twist) between layers of two-dimensional materials can change their electrical properties. Materials such as bilayer graphene have been shown to have vastly different electronic behavior, ranging from non-conductive to superconductive, that depends sensitively on the angle between the layers. The term was first introduced by the research group of Efthimios Kaxiras at Harvard University in their theoretical treatment of graphene superlattices.
