Konstantin Novoselov
Konstantin Sergueïevitch Novoselov (né le 23 août 1974) est un physicien russo-britannique. Il partagea en 2010 avec Andre Geim le prix Nobel de physique pour les travaux sur le graphène.
À 36 ans, il fut l'un des plus jeunes lauréats du prix Nobel de physique de l'après-guerre.
Parcours
Novoselov naquit à Nijni Taguil, dans l'Oural, une ville industrielle avec des aciéries et une production de chars. Il étudia comme Geim à l'Institut de physique et de technologie de Moscou et le rejoignit en 1999 comme doctorant à Nimègue. En 2001, tous deux passèrent à l'University of Manchester, où Novoselov soutint sa thèse en 2004 et où il occupe aujourd'hui une chaire.
La collaboration des deux hommes est d'une étroitesse inhabituelle et dure depuis plus de vingt ans. Geim a désigné à plusieurs reprises Novoselov comme celui qui avait la patience pour les parties fastidieuses du travail.
La preuve que le graphène existe
La méthode du ruban adhésif est l'image connue, mais elle n'était que le premier pas. La véritable performance scientifique consista à montrer que l'on avait effectivement devant soi une couche atomique unique — et à en mesurer les propriétés.
Cela n'allait nullement de soi. Des travaux théoriques de Landau et Peierls avaient suggéré pendant des décennies qu'un cristal strictement bidimensionnel ne pouvait pas être stable à température ambiante ; le mouvement thermique devait le détruire. Beaucoup tenaient sa recherche pour sans espoir.
Le tour de main décisif
La contribution de Novoselov résida dans la préparation et la mesure.
Une couche unique de carbone est pratiquement transparente — on ne la voit pas au microscope. Le tour de main fut une couche d'oxyde de silicium d'exactement 300 nanomètres d'épaisseur comme support. À cette épaisseur, l'interférence lumineuse produit une différence de couleur faible, mais reconnaissable, dès qu'une seule couche atomique repose dessus.
On pouvait ainsi trouver au microscope optique ordinaire ce qui n'aurait sinon été détectable qu'au prix de grands efforts. Sans ce tour de main, la méthode du ruban adhésif serait restée inutile, car on n'aurait pas pu retrouver le résultat.
Le travail paru dans Science en octobre 2004 mit ensuite en évidence l'effet de champ : la conductivité de la couche pouvait être commandée par une tension appliquée. Le graphène se comportait comme un composant semi-conducteur.
Pourquoi la couche est malgré tout stable
La réponse à l'objection théorique est aussi simple que belle : le graphène n'est pas véritablement plat. Il ondule légèrement dans la troisième dimension, et ces ondes stabilisent la couche.
C'est précisément ce mouvement ondulatoire qui servit plus tard de point de départ au groupe de travail de Paul Thibado, lorsqu'il examina si l'on peut tirer du courant des oscillations thermiques du graphène autoporté — l'effet de cliquet.
Ce qui, chez Novoselov, était un produit dérivé de la stabilité devint ainsi une source d'énergie possible.
Autres travaux
Novoselov travaille depuis des années sur des empilements de matériaux bidimensionnels — les hétérostructures dites de van der Waals. On pose différentes couches atomiques les unes sur les autres comme des feuilles et l'on obtient des propriétés qu'aucune des couches ne possède à elle seule. Une simple légère torsion de deux couches de graphène l'une par rapport à l'autre modifie fondamentalement le comportement.
Cette idée — la fonction par l'agencement plutôt que par le choix de la matière — se retrouve aussi dans la neutrinovoltaïque et dans l'idée du métamatériau.
Depuis 2012, il est chevalier de l'Empire britannique ; il mène aujourd'hui en outre des recherches à Singapour.
Termes apparentés
- Andre Geim — son colauréat
- Graphène — le matériau
- Effet de cliquet — l'énergie tirée du mouvement ondulatoire
- Métamatériau — la fonction par l'agencement
Sources
- K. S. Novoselov, A. K. Geim et al. : Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films, Science 306, 666 (2004).
- A. K. Geim, K. S. Novoselov : The rise of graphene, Nature Materials 6, 183 (2007).