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Spintronique : un nouveau matériau magnétique avec du graphène

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Un nouveau matériau magnétique à base de graphène vient d'être synthétisé par des physiciens espagnols. Il pourrait avoir des applications intéressantes en spintronique, l'électronique du futur.

Une vue d'artiste montrant la structure 2D en nid d'abeille d'un feuillet de graphène. Le graphite de nos crayons est un empilement de telles structures. © Jannik Meyer

L'Union européenne a récemment décidé d'accorder un financement important à des projets de recherche sur le matériau miracle qu'est le graphène. Ce n'est guère étonnant, car beaucoup de chercheurs misent sur le graphène pour l'obtention d'une nouvelle génération de composants électroniques plus petits et plus rapides. Si l'on est encore loin d'une utilisation commerciale de ces dispositifs électroniques, les obstacles à surmonter étant nombreux, on dispose déjà de plusieurs pistes prometteuses.

L'une d'elles repose sur l'emploi du graphène pour fabriquer des matériaux à destination de la spintronique. Rappelons qu'il s'agit d'une électronique qui ne se contente pas de manipuler des électrons à l'aide de la charge électrique élémentaire qu'ils portent, mais exploite aussi leur moment cinétique intrinsèque, le spin.

À droite, une illustration de molécules de tétracyano-p-quinodiméthane ou TCNQ (en jaune) sur un substrat composé de graphène (structure noire en nid d’abeille) et de ruthénium (sphères en gris clair). Sur l'image de gauche, ces molécules sont observées à l'aide de la pointe d'un microscope à effet tunnel. © IMDEA, Nanoscience

De la spintronique avec du graphène

Le graphène pourrait conduire à une révolution dans le domaine des matériaux magnétiques, comme celle découlant des travaux du prix Nobel de physique Albert Fert.

Or, justement, un groupe de physiciens de l'IMDEA Nanoscience Institute, de l'université autonome et de l'université complutense de Madrid vient de publier un article dans Nature Physics au sujet de la synthèse d'un nouveau matériau magnétique à base de graphène. Ce n'est en effet pas la première fois que l'on fabrique un tel matériau. L'un des découvreurs du graphène, André Geim, était déjà parvenu à cet exploit qui fait rêver bon nombre de laboratoires de la planète.

Des molécules organiques magnétisées

Dans le cas présent, les physiciens du solide ont commencé par faire croître un film ultraparfait de graphène sur la surface d'un cristal de ruthénium. L'opération s'est déroulée dans une chambre à ultravide, et s'est poursuivie par le dépôt de molécules organiques (tétracyano-p-quinodiméthane, ou TCNQ) qui se comportent ordinairement comme des semi-conducteurs à très basses températures dans certains composés.

En cherchant à les observer au microscope à effet tunnel à la surface du film de graphène, les chercheurs ont eu la surprise de constater que les molécules s'étaient régulièrement déposées. Bien plus, elles étaient entrées électroniquement en interaction avec le substrat en graphène-ruthénium, de sorte qu'un ordre magnétique associé au TCNQ émergeait.

Bien que le graphène n'interagisse pas directement avec les électrons dans ces molécules, des investigations théoriques ultérieures ont révélé que des transferts de charges entre le substrat et les molécules de TCNQ devaient bel et bien produire un ordre magnétique à longue distance. Qui peut prédire l'avenir d'un tel matériau pour la nanotechnologie ?

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