Aimeriez-vous stocker tous les films jamais réalisés sur un appareil de la taille d'un I-phone ?

Des aimants composés de quelques atomes métalliques seulement pourraient permettre de construire des dispositifs de stockage radicalement plus petits et ont également été récemment proposés comme composants pour les dispositifs de spintronique. Il n'y a qu'un obstacle sur le chemin. On n'a vu que des aimants de taille nanométrique ne fonctionnent qu'à des températures de quelques cheveux au-dessus du zéro absolu.

Aujourd'hui, un étudiant en chimie de l'Université de Copenhague a démontré que les aimants moléculaires utilisant les métaux ruthénium et osmium conservent leurs propriétés magnétiques à des températures plus élevées. Très probablement en raison du couplage spin-orbite plus important et du nuage d'électrons plus diffus présent dans ces éléments plus lourds. Certaines de ses découvertes ont récemment été publiées dans Chimie – Une revue européenne .

Kasper Steen Pedersen prépare un Master à l'Université de Copenhague. Comme beaucoup d'autres dans son domaine de prédilection, le magnétisme moléculaire, il avait travaillé avec des aimants basés sur des ions métalliques 3D du fer. Cela semble un choix évident lorsque l'on travaille avec des aimants ordinaires qui se composent généralement d'environ un billion d'atomes. Les aimants à molécule unique sont des molécules isolées se comportant comme de vrais aimants, mais ils ne présentent pas un ordre tridimensionnel caractéristique d'un aimant. Bien qu'intéressant du point de vue de la recherche fondamentale, le besoin de températures très basses rend les aimants minuscules inutiles pour toutes les applications pratiques. Alors Pedersen voulait voir si un autre bord était possible.

"Quand vous jetez un oeil au tableau périodique des éléments, la solution semble évidente. Le ruthénium et l'osmium sont dans le même groupe dans le tableau périodique que le fer, il devrait donc être possible de créer des aimants à partir de ces substances également en utilisant nos connaissances sur les aimants moléculaires à base de fer ", explique Pedersen.

Il s'est avéré que la synthèse chimique nécessaire pour construire des aimants moléculaires à partir de ces substances était relativement simple. Mais les propriétés mesurées étaient surprenantes.

"Les propriétés chimiques sont les mêmes pour ces métaux que pour le fer. Mais les propriétés physiques des nouveaux aimants se sont avérées très différentes de celles en fer. Fondamentalement, le magnétisme provient du spin de l'électron mais aussi du mouvement de l'électron autour du noyau. Ce dernier apport, ce qui est très grand pour le ruthénium, osmium et autres éléments lourds, a été largement ignoré par la communauté scientifique mais nous avons maintenant montré, expérimentalement, c'est un effet très prononcé. Et c'est tout à fait nouveau et excitant", explique Kasper Steen Pedersen.

L'utilisation de métaux non conventionnels pour ses aimants a permis à Pedersen d'augmenter la température critique de quelques Kelvin seulement. Cependant, le résultat intrigant que le mouvement des électrons joue un rôle important dans les propriétés magnétiques ouvre la voie à de nouvelles approches synthétiques des nano-aimants moléculaires avec des températures critiques élevées sans précédent.

"Vous ne me ferez pas appeler cela une percée. Mais c'est un résultat remarquable pour le domaine", conclut Kasper Steen Pedersen.