Une équipe de chercheurs dirigée par l’Université de Buffalo a montré comment le graphène, déjà présenté comme un matériau miracle, pouvait recevoir des propriétés magnétiques.
Le graphène est connu comme un «matériau miracle» pour un certain nombre de raisons. Composé d’une couche d’atomes de carbone d’un atome d’épaisseur, il est 200 fois plus résistant que l’acier, mais flexible et plus léger que le papier.
Pour ces raisons, le graphène a été testé et utilisé dans diverses expériences et développements. Plus tôt ce mois-ci, les chercheurs du MIT se sont appuyés sur des recherches antérieures qu’ils avaient menées pour montrer que l’ajout de torsions supplémentaires au matériau peut améliorer sa supraconductivité. Le graphène a également été utilisé dans les voitures autonomes Tesla, les prototypes de biocapteurs, les batteries pour véhicules électriques et la technologie de capture des gaz à effet de serre.
Malgré ses nombreuses utilisations, le graphène n’est pas magnétique. Et cela a réduit son potentiel en spintronique, selon une équipe de recherche dirigée par l’Université de Buffalo.
Spintronique
La spintronique est un domaine émergent qui cherche à transformer l’électronique et à ouvrir la voie à des semi-conducteurs, des ordinateurs et d’autres appareils plus puissants.
Alors que l’électronique traditionnelle repose sur la charge électrique des électrons, la spintronique exploite leurs propriétés quantiques. Ceux-ci offrent plus de potentiel pour regrouper plus de données dans des appareils plus petits, selon l’équipe derrière la recherche sur le graphène.
Ses dernières découvertes, publiées dans la revue Physical Review Letters, montrent que l’association du graphène avec un aimant pourrait être la clé. Les résultats s’appuient sur des connaissances antérieures sur le potentiel du graphène pour la spintronique, comme celle acquise par une équipe de recherche de l’Université de Cambridge en 2018.
L’auteur principal de l’article, Nargess Arabchigavkani, a commenté: «Indépendamment l’un de l’autre, le graphène et la spintronique possèdent chacun un potentiel incroyable pour changer fondamentalement de nombreux aspects des affaires et de la société. Mais si vous pouvez mélanger les deux, les effets synergiques sont probablement quelque chose que ce monde n’a pas encore vu.
Ses autres auteurs comprenaient des scientifiques de l’Université de Buffalo, de l’Institut de technologie du roi Mongkut à Ladkrabang en Thaïlande, de l’Université de Chiba au Japon, de l’Université des sciences et de la technologie de Chine, de l’Université du Nebraska Omaha, de l’Université du Nebraska Lincoln et de l’Université d’Uppsala en Suède.
Explorer le potentiel du graphène magnétique
Alors, comment les chercheurs ont-ils associé le graphène à un aimant? Ils ont placé un aimant de 20 nanomètres d’épaisseur en contact direct avec une feuille de graphène, qui a moins d’un nanomètre d’épaisseur.
L’auteur principal, le Dr Jonathan Bird, qui est professeur et titulaire de la chaire de génie électrique à l’Université de Buffalo, a déclaré: «Pour vous donner une idée de la différence de taille, c’est un peu comme mettre une brique sur une feuille de papier.»
Les chercheurs ont ensuite placé huit électrodes sur différentes parties du graphène et de l’aimant, leur permettant de mesurer la conductivité des matériaux. Ils ont découvert que l’aimant avait induit une texture magnétique artificielle dans le graphène, qui s’est même propagée aux parties du graphène qui n’étaient pas en contact avec l’aimant.
«En termes simples, le contact intime entre les deux objets a amené le carbone normalement non magnétique à se comporter différemment, présentant des propriétés magnétiques similaires aux matériaux magnétiques courants comme le fer ou le cobalt», ont-ils déclaré.
Ils ont déclaré que les résultats soulevaient des questions importantes sur les origines de la texture magnétique dans le graphène, ainsi que sur la mesure dans laquelle la polarisation de spin et le couplage spin-orbite – phénomènes étroitement liés aux propriétés magnétiques des matériaux et à la technologie spintronique émergente – induisent le comportement magnétique.
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