Cette figure montre les échantillons de copolymère séquencé (à gauche) et d'homopolymère (à droite). L'arrière-plan des deux figures est une image de microscopie électronique à transmission montrant que le copolymère séquencé est constitué de domaines nanoscopiques visualisés sous la forme d'un motif en nid d'abeille de cylindres riches en cobalt tandis que l'homopolymère est non structuré mais contient de petites particules de cobalt représentées en noir. De petites particules de cobalt similaires sont présentes dans le copolymère séquencé mais elles ne sont pas facilement observées en raison de la superstructure nanoscopique du copolymère séquencé. La structure chimique des deux polymères est également montrée avec des échantillons de poudre des deux matériaux. Le copolymère séquencé est attiré par la barre magnétique blanche montrée sur la photographie tandis que l'échantillon d'homopolymère non magnétique n'a pas une telle attraction. Crédit :Photo produite par Tew Research Group à l'Université du Massachusetts à Amherst
Des scientifiques de l'Université du Massachusetts à Amherst rapportent que pour la première fois, ils ont conçu une méthode beaucoup plus simple de préparation de matériaux magnétiques ordonnés que jamais auparavant, en couplant les propriétés magnétiques à la formation de nanostructures à basse température.
Le processus innovant leur permet de créer des matériaux ferromagnétiques à température ambiante qui sont stables pendant de longues périodes de manière plus efficace et avec moins d'étapes que les méthodes existantes plus compliquées. L'approche est décrite par le scientifique des polymères d'UMass Amherst Gregory Tew et ses collègues dans le numéro du 27 septembre de Communication Nature .
Tew explique que l'amélioration de la signature de son groupe est une méthode en une étape pour générer des matériaux magnétiques ordonnés basés sur des nanostructures de cobalt en codant un copolymère séquencé avec les informations chimiques appropriées pour s'auto-organiser en domaines nanoscopiques. Les copolymères séquencés sont constitués de deux ou plusieurs sous-unités monopolymères liées par des liaisons chimiques covalentes.
Le nouveau processus offre des propriétés magnétiques aux matériaux lors du chauffage de l'échantillon une fois à une température relativement basse, environ 390 degrés (200 degrés Celsius), qui les transforme en température ambiante, matériaux entièrement magnétiques. La plupart des processus précédents nécessitaient soit des températures beaucoup plus élevées, soit plus d'étapes de processus pour obtenir le même résultat, ce qui augmente les coûts, dit Tew.
Il ajoute, "Les petites particules de cobalt ne doivent pas être magnétiques à température ambiante car elles sont trop petites. Cependant, la nanostructure du copolymère à blocs les confine localement ce qui induit apparemment des interactions magnétiques plus fortes entre les particules, produisant des matériaux ferromagnétiques à température ambiante qui ont de nombreuses applications pratiques."
"Jusqu'à maintenant, il n'a pas été possible de produire commandé, matériaux magnétiques via des copolymères séquencés dans un procédé simple, " dit Tew. " Les méthodes actuelles nécessitent plusieurs étapes juste pour générer les matériaux magnétiques ordonnés. Ils ont également une efficacité limitée car ils peuvent ne pas conserver la fidélité du copolymère séquencé ordonné, ils ne peuvent pas confiner les matériaux magnétiques à un domaine du copolymère séquencé, ou ils ne produisent tout simplement pas de matériaux fortement magnétiques. Notre procédé répond à toutes ces limitations."
Les matériaux magnétiques sont utilisés dans tout, des dispositifs de stockage de mémoire dans nos téléphones et ordinateurs aux bandes de données sur les cartes de débit et de crédit. Tew et ses collègues ont découvert un moyen de construire des copolymères séquencés avec les informations chimiques nécessaires pour s'auto-organiser en structures nanoscopiques d'un millionième de millimètre d'épaisseur, ou environ 50, 000 fois plus mince que la moyenne des cheveux humains.
Des études antérieures ont démontré que les copolymères séquencés peuvent être organisés sur des surfaces relativement grandes. Qu'est-ce qui rend les résultats du groupe de recherche UMass Amherst si intrigants, Tew dit, est le couplage possible d'une organisation à longue distance avec des propriétés magnétiques améliorées. Cela pourrait se traduire par le développement à moindre coût de nouveaux supports de mémoire, des dispositifs magnétorésistifs géants et des dispositifs spintroniques futuristes qui pourraient inclure des ordinateurs « instantanés » ou des ordinateurs qui nécessitent beaucoup moins d'énergie, fait-il remarquer.
Il ajoute, « Bien qu'il reste du travail à faire avant que de nouvelles applications de stockage de données soient activées, par exemple rendre les aimants plus durs, notre processus est hautement modulable et donc modifiable pour incorporer différents types de précurseurs métalliques. Ce résultat devrait intéresser tout scientifique en nanotechnologie car il montre de manière concluante que le nano-confinement conduit à des propriétés complètement nouvelles, dans ce cas, des matériaux magnétiques à température ambiante."
"Notre travail met en évidence l'importance d'apprendre à contrôler la nanostructure d'un matériau. Nous montrons que la nanostructure est directement liée à un résultat important et pratique, C'est, la capacité de générer des aimants à température ambiante."
"Notre travail met en évidence l'importance d'apprendre à contrôler la nanostructure d'un matériau. Nous montrons que la nanostructure est directement liée à un résultat important et pratique, C'est, la capacité de générer des aimants à température ambiante. » Dans le cadre de cette étude, l'équipe UMass Amherst a également démontré que l'utilisation d'un copolymère séquencé ou d'un matériau nanoscopique permet d'obtenir un matériau magnétique à température ambiante. Par contre, à l'aide d'un homopolymère, ou matériau non structuré, ne conduit qu'à des matériaux non ou partiellement magnétiques beaucoup moins utiles.
