Une première : du graphène rendu magnétique

Sur la gauche de cette image, le dispositif portant du graphène ferromagnétique. On a représenté sur la droite un groupe nitrophényle sur ce graphène. Les flèches rouges indiquent les spins de deux électrons des atomes de carbone qui ne sont plus appariés. © Jeongmin Hong 

Cela fait quelques années que l'on a découvert que le carbone pouvait parfois avoir des propriétés physiques relevant du ferromagnétisme. Une surprise, car d'un point de vue théorique, rien n'indiquait que cela était possible. Bien évidemment, la possibilité d'obtenir des matériaux magnétiques pour une nouvelle électronique avec du carbone ne pouvait pas laisser les physiciens du solide indifférents, et en particulier ceux travaillant sur le graphène.

On sait que ces feuillets de carbone isolés qui peuvent s'obtenir à partir du graphite sont doués de propriétés physiques parfois qualifiées de miraculeuses, comme de très hautes conductivités électrique et thermique, ainsi que des propriétés de résistance mécanique qui font rêver. Se pouvait-il que le graphène puisse aussi servir à faire des mémoires magnétiques ? Plusieurs chercheurs l'espéraient, et s'étaient lancés dans des expériences pour le démonter dès 2008.

Ces deux rubans de graphène possèdent des bords avec des structures bien différentes, comme on le voit en haut et en bas de ces schémas. Celui de gauche exhibe une périodicité dite « armchair » et celui de droite zigzag. © Regents of the University of Minnesota 

Aujourd'hui, ils ont enfin une réponse. Elle est positive, comme ils l'annoncent dans un article publié dans ACS Nano. Cerise sur le gâteau, le composé à base de graphène obtenu est même ferromagnétique à température ambiante. Il s'agit en fait, selon les chercheurs, d'une véritable molécule organique magnétique en 2D dont l'aimantation persiste jusqu'à des températures légèrement supérieures à 400 K.

Graphène fonctionnalisé

Pour rendre un feuillet de graphène magnétique, les physiciens ont réalisé une fonctionnalisation (c'est-à-dire l'ajout d'une fonction chimique à une molécule) avec des groupes nitrophényles. Les chercheurs pensent que ces groupes séparent des paires d'électrons localisés sur des sites périodiquement espacés aux bords des feuillets de graphène. Ces bords possèdent des structures baptisées « zigzag » et « armchair » (fauteuil en anglais). Ces électrons sont alors libres d'interagir entre eux pour donner un ordre magnétique.

Toujours selon les chercheurs, ce graphène ferromagnétique devrait avoir des applications dans une jeune discipline des nanosciences en plein développement : la spintronique.