(PhysOrg.com) -- Des chercheurs de l'Université du Maryland ont découvert un moyen de contrôler les propriétés magnétiques du graphène qui pourrait conduire à de nouvelles applications puissantes dans le stockage magnétique et la mémoire magnétique à accès aléatoire.

La découverte par une équipe de chercheurs du Maryland, dirigé par le professeur de physique Michael S. Fuhrer du Centre UMD pour la nanophysique et les matériaux avancés est la dernière des nombreuses propriétés étonnantes découvertes pour le graphène.

Une feuille en nid d'abeilles d'atomes de carbone d'une épaisseur d'un atome seulement, Le graphène est le constituant de base du graphite. Quelque 200 fois plus résistant que l'acier, il conduit l'électricité à température ambiante mieux que tout autre matériau connu (une découverte de 2008 par Fuhrer, et. Al). Le graphène est largement considéré comme ayant une grande, peut-être même révolutionnaire, potentiel pour les applications des nanotechnologies. Le prix Nobel de physique 2010 a été décerné aux scientifiques Konstantin Novoselov et Andre Geim pour leur découverte en 2004 de la fabrication du graphène.

Dans leur nouvelle découverte de graphène, Fuhrer et ses collègues de l'Université du Maryland ont découvert que les atomes manquants dans le graphène, appelés postes vacants, agissent comme de minuscules aimants - ils ont un "moment magnétique". De plus, ces moments magnétiques interagissent fortement avec les électrons du graphène qui transportent des courants électriques, donnant lieu à une résistance électrique supplémentaire importante à basse température, connu sous le nom d'effet Kondo. Les résultats apparaissent dans l'article "Tunable Kondo effect in graphene with faults" publié ce mois-ci dans Physique de la nature .

L'effet Kondo est généralement associé à l'ajout d'infimes quantités d'atomes métalliques magnétiques, comme le fer ou le nickel, à un métal non magnétique, comme l'or ou le cuivre. Trouver l'effet Kondo dans le graphène avec des postes vacants était surprenant pour deux raisons, selon Führer.

"D'abord, nous étudiions un système de rien d'autre que du carbone, sans ajouter d'impuretés traditionnellement magnétiques. Seconde, le graphène a une très faible densité électronique, ce qui devrait faire apparaître l'effet Kondo uniquement à des températures extrêmement basses, " il a dit.

L'équipe a mesuré la température caractéristique de l'effet Kondo dans le graphène avec des lacunes pouvant atteindre 90 Kelvin, ce qui est comparable à celui observé dans les métaux à très haute densité électronique. De plus, la température du Kondo peut être réglée par la tension sur un portail électrique, un effet non observé dans les métaux. Ils théorisent que les mêmes propriétés inhabituelles qui font que les électrons du graphène agissent comme s'ils n'avaient pas de masse les font également interagir très fortement avec certains types d'impuretés, comme les postes vacants, conduisant à un fort effet Kondo à une température relativement élevée.

Fuhrer pense que si les postes vacants dans le graphène pouvaient être arrangés de la bonne manière, un ferromagnétisme pourrait en résulter. "Les moments magnétiques individuels peuvent être couplés par l'effet Kondo, les obligeant tous à s'aligner dans la même direction, " il a dit.

"Le résultat serait un ferromagnétique, comme le fer, mais à la place fait uniquement de carbone. Le magnétisme dans le graphène pourrait conduire à de nouveaux types de capteurs nanométriques de champs magnétiques. Et, lorsqu'il est associé aux formidables propriétés électriques du graphène, le magnétisme dans le graphène pourrait également avoir des applications intéressantes dans le domaine de la spintronique, qui utilise le moment magnétique de l'électron, au lieu de sa charge électrique, pour représenter l'information dans un ordinateur.

"Cela ouvre la possibilité d'"ingénierie des défauts" dans le graphène - en arrachant les atomes aux bons endroits pour concevoir les propriétés magnétiques que vous souhaitez, " a déclaré Führer.