(Phys.org) - Les scientifiques ont fabriqué un super-réseau d'aimants à un seul atome sur du graphène avec une densité de 115 térabits par pouce carré, suggérant que la configuration pourrait conduire à des supports de stockage de nouvelle génération.

"Les aimants à un seul atome représentent la limite ultime pour les dispositifs de stockage magnétique à ultra-haute densité, " Stefano Rusponi, physicien à l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) et co-auteur de la nouvelle recherche, Raconté Phys.org . "Jusque là, les chercheurs se sont principalement concentrés sur les propriétés magnétiques d'atomes uniques et de petits amas répartis de manière aléatoire sur les surfaces de support. » [Voir les articles précédents ici et ici.]

"Dans notre nouveau journal, nous démontrons la capacité de réaliser un super-réseau d'atomes simples ayant une aimantation stable. Cela représente le premier prototype d'un support de stockage basé sur un seul atome par bit."

Comme l'ont expliqué les chercheurs, un défi clé dans l'utilisation d'un réseau d'aimants atomiques comme dispositif de stockage de données est de s'assurer que les aimants sont stables et n'interagissent pas les uns avec les autres, car cela pourrait entraîner une perte de données.

Pour relever ce défi, l'équipe de recherche, dirigé par le professeur Harald Brune à l'EPFL, profité des bonnes propriétés magnétiques des atomes de dysprosium, ainsi que les propriétés du substrat graphène-iridium.

Une partie de la raison de la magnétisation très stable est à cause du décalage de réseau entre le graphène et l'iridium, qui crée un motif de moiré périodique. Ce schéma périodique conduit à une disposition équidistante des sites d'adsorption du dysprosium les plus favorables.

Lorsque les atomes de dysprosium se déposent sur le substrat à environ 40 K, leur diffusion en surface est activée, ce qui les fait sauter à la surface. Ce mouvement leur permet d'atteindre les sites d'adsorption les plus favorables déterminés par le modèle de moiré, de sorte qu'ils forment un tableau hautement ordonné, avec une distance moyenne entre les atomes de seulement 2,5 nanomètres.

Une fois assemblé, la stabilité magnétique des atomes peut être affectée de plusieurs manières, y compris par diffusion avec des électrons et des phonons en surface, ainsi que par effet tunnel quantique des états magnétiques.

Heureusement, deux des propriétés bénéfiques du graphène sont ses très faibles densités d'électrons et de phonons, qui protège les atomes de dysprosium contre la diffusion. En outre, les atomes de dysprosium ont un état fondamental magnétique favorable qui protège contre l'effet tunnel quantique de l'aimantation. Ces deux propriétés contribuent à la stabilité magnétique élevée du super-réseau.

Les mesures ont montré que le super-réseau a une très grande hystérésis magnétique - qui est une mesure de l'irréversibilité d'un aimant - qui surpasse les meilleurs aimants moléculaires à ion unique à base de dysprosium. Les chercheurs expliquent que la stabilité magnétique élevée dépend de toutes les propriétés combinées des atomes et du substrat graphène-iridium, et que l'absence d'une seule de ces propriétés réduit considérablement la stabilité.

L'un des inconvénients actuels de la conception est que la stabilité magnétique diminue à des températures plus élevées. À l'avenir, les chercheurs prévoient d'améliorer la stabilité thermique du super-réseau, éventuellement en faisant croître du graphène sur un substrat isolant.

« La stabilité magnétique des atomes de dysprosium est limitée à des températures inférieures à 10 K et est sensible à la contamination, nécessitant ainsi des conditions de vide ultra poussé pour nos expériences, " dit Rusponi. " A l'avenir, nous prévoyons d'améliorer les performances du super-réseau d'aimants à un seul atome. D'abord, nous avons l'intention d'augmenter la température maximale à laquelle la stabilité magnétique survit en trouvant la combinaison optimale d'espèces à un seul atome et de substrat de support. Seconde, nous avons l'intention de protéger le super-réseau avec une couche de recouvrement préservant les propriétés des atomes magnétiques."