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Electrical Switch to the Resonant Magneto-Phonon Effect in Graphene

Les modes de vibration des atomes d’un cristal de graphène, les phonons, peuvent s’hybrider avec les excitations électroniques. Cette hybridation est particulièrement marquée lorsqu’un champ magnétique est appliqué perpendiculairement au plan du cristal et que son intensité est ajustée de manière à faire coïncider l’énergie des excitations électroniques avec celle du phonon. Cet effet, appelé effet magnéto-phonon résonant, se manifeste par des variations prononcées de l’énergie du phonon à chaque condition de résonance, et peut être observé par des expériences de diffusion inélastique de la lumière (diffusion Raman) à basse température et sous champ magnétique intense.

En condition de résonance, le décalage en énergie des modes phonons par rapport à leur énergie sans champ appliqué, dépend de la constante d’interaction électron-phonon, de la valeur du champ magnétique, et de l’intensité de l’excitation électronique. C’est ce dernier paramètre qu’une collaboration grenobloise entre le LNCMI, l’Institut Néel et le LPMMC a pu faire varier de manière continue, sondant les deux régimes pour lesquels l’excitation électronique existe et s’hybride efficacement avec le phonon (couplage fort) ou, au contraire, l’excitation électronique est impossible et l’hybridation n’est pas effective. Ce contrôle extérieur du régime d’interaction du système électron-phonon a été possible en ajustant le nombre de porteurs dans l’échantillon, et en remplissant/vidant totalement les niveaux électroniques mis en jeu dans l’excitation électronique. Ce résultat a été obtenu en utilisant du graphène élaboré par la méthode de dépôt chimique en phase vapeur (CVD), qui est actuellement la méthode pressentie pour une production industrielle de graphène.
 
Pour plus d’informations : http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl404588g
 
Fig. 1 : Carte en fausses couleurs de l’intensité du signal de diffusion Raman du mode phonon du graphene, mesuré à B=26T pour différentes valeurs du facteur de remplissage (nombre de porteurs de charge) montrant l’apparition des modes hybrides, caractéristique du régime de fort couplage, de parte et d’autre du mode principale (a) et résultat d’une simulation du même effet (b)