Quand le graphène se met à briller, sans chauffer.

C’est une règle que tout étudiant en physique a apprise : “les métaux ne peuvent pas être électroluminescents”. Pourtant une équipe de chercheurs qui associe plusieurs laboratoires dont l’IEMN, vient de démontrer que le graphène, matériau métallique, peut émettre de la lumière sans chauffer, un comportement jusqu’ici réservé aux semi-conducteurs. Cette électroluminescence inédite, observée dans l’infrarouge, ouvre de nouvelles perspectives pour des sources lumineuses plus efficaces et miniaturisées.

L’électroluminescence est la capacité à produire de la lumière sous l’effet d’un courant électrique sans échauffement notable, elle est au cœur de nombreuses technologies modernes, des écrans plats, aux diodes Laser. Pourtant, ce phénomène était jusqu’à présent réservé aux matériaux semi-conducteurs, et considéré comme hors de portée des métaux.

Dans un semi-conducteur, les électrons peuvent accumuler de l’énergie dans des états excités, séparés des états de repos par une bande interdite. C’est cette accumulation qui permet l’émission de lumière « froide », comme dans les diodes électroluminescentes (LED). Les métaux, eux, n’ont pas cette bande interdite : leurs électrons relâchent très vite leur énergie sous forme de chaleur et de lumière incandescente, ce qui rend impossible l’électroluminescence… du moins, jusqu’à aujourd’hui.

Le graphène, un matériau bidimensionnel constitué d’une seule couche d’atomes de carbone, met en évidence une exception à cette règle et peut lui aussi, sous certaines conditions, devenir électroluminescent. Cette découverte, publiée dans la revue Nature, repose sur l’utilisation de graphène de très haute qualité encapsulée dans du nitrure de bore hexagonal (hBN), qui permet de préserver les propriétés électroniques hors du commun de ce matériau.