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Bientôt des mémoires magnétiques en carbone ?

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Depuis 1999, suite à certaines études portant sur des météorites carbonées, la possibilité d'aimanter un bloc de carbone commençait à être sérieusement envisagée par les physiciens. C'était normalement impossible théoriquement mais, visiblement, l'Univers n'est pas au courant comme vient de le démontrer une équipe constituée de chercheurs du SLAC de Stanford et de leurs collègues de l'Université de Leipzig en Allemagne. Il a fallu pour cela mobiliser un faisceau de protons et des techniques avancées d'analyse avec des rayons X.

Sous l'action d'un faisceau de protons, du carbone pur s'aimante et devient ferromagnétique dans une zone en forme d'anneau (Crédit : SLAC).

Les propriétés magnétiques du carbone ont été soupçonnées suite à l'analyse de météorites en 1999 mais, comme dans les cas considérés se trouvaient présents aussi du fer et du nickel, les études n'étaient pas concluantes. Il s'en est suivi d'âpres débats entre les théoriciens et, jusqu'à maintenant, les expériences faites pour mettre en évidence ces propriétés souffraient d'un manque de pureté des matériaux considérés. De petites quantités de fer, nickel ou cobalt contaminaient systématiquement les échantillons étudiés.

Dans les grandes lignes, les propriétés ferromagnétiques d'un élément proviennent du spin des électrons. Ceux-ci se comportent comme de petits aimants dont l'aimantation est dirigée dans le sens de leur moment cinétique. En s'alignant, les moments magnétiques résultants s'ajoutent vectoriellement et produisent le champ magnétique macroscopique d'un matériaux. A basse température, ces matériaux dits ferromagnétiques s'aimantent spontanément mais dès qu'ils dépassent une certaine température caractéristique, dite température de Curie, l'aimantation cesse. La théorie du ferromagnétisme comporte encore des zones d'ombres, bien que les plus grands noms de la physique théorique, comme Heisenberg et Landau, s'y soient attaqués.

Toutefois, normalement, le carbone ne peut pas exhiber des propriétés ferromagnétiques dans le cadre de ces théories assez bien maîtrisées maintenant.

Lev Landau, prix Nobel de physique (Crédit : USSR Magazine—Sovfoto).

Et pourtant, les chercheurs sont arrivés à magnétiser des échantillons de carbone pur à température ambiante !

Sous l'action d'un faisceau de protons, l'orientation d'un certain nombre d'électrons dans le carbone a été produite sous forme de petites zones aimantées. En collaboration avec d'autres chercheurs du Lawrence Berkeley Lab's Advanced Light Source (ALS), l'aimantation permanente de ces zones a pu être observée à l'aide d'un microscope à rayons X très performant de l'ALS. Un faisceau de rayons X intense y étant généré par les électrons du synchrotron du laboratoire.

Les perspectives ouvertes par cette découvertes sont vastes car des nanotubes de carbones, déjà très prometteurs en nanotechnologie à cause de leur taille et de leurs propriétés de conduction électrique excellentes, pourraient  être aimantés. Des dispositifs d'enregistrement magnétique, ou de traitement de l'information basés sur une nanoélectronique, avec de tels nanotubes pourraient donc être réalisés d'après les chercheurs.

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