Le schéma d'une nanoparticule sphérique de magnétite montre la variation inattendue du moment magnétique entre l'intérieur et l'extérieur de la particule lorsqu'elle est soumise à un fort champ magnétique. Le moment du noyau (lignes noires dans la région magenta) s'aligne avec celui du champ (flèche bleu clair), tandis que le moment de l'extérieur (flèches noires dans la région verte) se forme à angle droit par rapport à celui-ci. Crédit :NIST
En tentant de résoudre un mystère sur les nanoparticules à base d'oxyde de fer, une équipe de recherche travaillant à l'Institut national des normes et de la technologie en est tombée sur une autre. Mais une fois ses implications comprises, leur découverte* peut donner aux nanotechnologues un nouvel outil utile.
Les nanoparticules en question sont des sphères de magnétite si minuscules que quelques milliers d'entre elles alignées s'étireraient sur la largeur d'un cheveu, et ils ont des utilisations potentielles à la fois comme base de meilleurs systèmes de stockage de données et dans des applications biologiques telles que le traitement par hyperthermie du cancer. Une clé de toutes ces applications est une compréhension complète de la façon dont un grand nombre de particules interagissent magnétiquement les unes avec les autres sur des distances relativement grandes afin que les scientifiques puissent les manipuler avec le magnétisme.
"On sait depuis longtemps qu'un gros morceau de magnétite a un "moment" magnétique plus grand - pensez-y comme une force magnétique - qu'une masse équivalente de nanoparticules, " dit Catherine Krycka, chercheur au NIST Center for Neutron Research. "Personne ne sait vraiment pourquoi, bien que. Nous avons décidé de sonder les particules avec des faisceaux de neutrons de basse énergie, qui peut vous en dire beaucoup sur la structure interne d'un matériau."
L'équipe a appliqué un champ magnétique à des nanocristaux composés de particules de 9 nm de large, réalisés par des collaborateurs de l'Université Carnegie Mellon. Le champ a fait aligner les particules comme de la limaille de fer sur un morceau de papier maintenu au-dessus d'un barreau aimanté. Mais lorsque l'équipe a regardé de plus près en utilisant le faisceau de neutrons, ce qu'ils ont vu a révélé un niveau de complexité jamais vu auparavant.
"Lorsque le champ est appliqué, le "noyau" interne de 7 nm de large s'oriente le long des pôles nord et sud du champ, tout comme le feraient de grosses limaille de fer, ", dit Krycka. "Mais la "coque" externe de 1 nm de chaque nanoparticule se comporte différemment. Il développe aussi un moment, mais pointé à angle droit par rapport à celui du noyau."
En un mot, bizarre. Mais potentiellement utile.
Les coques ne sont pas physiquement différentes des intérieurs; sans champ magnétique, la distinction s'évanouit. Mais une fois formé, les coquilles des particules proches semblent s'écouter les unes les autres :un groupe local d'entre elles aura les moments de leurs coquilles tous alignés dans un sens, mais alors les obus d'un autre groupe pointent ailleurs. Cette découverte amène Krycka et son équipe à croire qu'il y a plus à apprendre sur le rôle que l'interaction des particules a sur la détermination interne, structure magnétique des nanoparticules — peut-être quelque chose que les nanotechnologues peuvent exploiter.
"L'effet change fondamentalement la façon dont les particules se parleraient dans un environnement de stockage de données, " dit Krycka. " Si nous pouvons le contrôler - en faisant varier leur température, par exemple, comme nos résultats le suggèrent, nous pouvons peut-être activer et désactiver l'effet, ce qui pourrait être utile dans des applications réelles."
