Des chercheurs espagnols ont découvert que si des atomes de plomb sont intercalés sur une feuille de graphène, un puissant champ magnétique est généré par l'interaction du spin des électrons avec leur mouvement orbital. Cette propriété pourrait avoir des implications en spintronique, une technologie émergente promue par l'Union européenne pour créer des systèmes informatiques avancés.

Le graphène est considéré comme le matériau du futur en raison de ses propriétés mécaniques optiques et électroniques extraordinaires, d'autant plus qu'il conduit les électrons très rapidement. Cependant, il n'a pas de propriétés magnétiques, et donc aucune méthode n'a été trouvée pour manipuler ces électrons ou l'une de leurs propriétés pour les utiliser dans de nouveaux dispositifs magnétoélectroniques, bien que les scientifiques espagnols soient tombés sur une clé.

Chercheurs de l'IMDEA Nanosciences, l'Université autonome de Madrid, l'Institut des sciences des matériaux de Madrid (CSIC) et l'Université du Pays basque décrivent dans la revue Physique de la nature cette semaine comment créer un champ magnétique puissant en utilisant ce nouveau matériau.

Le secret est d'intercaler des atomes ou des îlots de plomb sous la mer d'hexagones de carbone qui composent le graphène. Cela produit une énorme interaction entre deux caractéristiques électroniques :leur spin - un petit "aimant" lié à leur rotation - et leur orbite, le mouvement qu'ils suivent autour du noyau.

"Cette interaction spin-orbite est un million de fois plus intense que celle inhérente au graphène, c'est pourquoi on obtient des révolutions qui pourraient avoir des usages importants, par exemple dans le stockage de données, " explique Rodolfo Miranda, Directeur de l'IMDEA Nanosciences et responsable de l'étude.

Pour obtenir cet effet, les scientifiques ont posé une couche de plomb sur une autre de graphène, à son tour grandi sur un cristal d'iridium. Dans cette configuration, le plomb forme des « îlots » sous le graphène et les électrons de ce matériau bidimensionnel se comportent comme s'ils étaient en présence d'un champ magnétique colossal de 80 teslas, ce qui facilite le contrôle sélectif du flux de vrilles.

Contrôle de la circulation à deux voies

"Et, ce qui est le plus important, dans ces conditions certains états électroniques sont topologiquement protégés; en d'autres termes, ils sont immunisés contre les défauts, impuretés ou perturbations géométriques, " poursuit Miranda, qui donne cet exemple :« Si on le compare au trafic, dans un matériau spintronique traditionnel, les voitures circulent sur une route à voie unique, qui rendent les collisions plus probables, tandis qu'avec ce nouveau matériel nous avons le contrôle du trafic avec deux voies spatialement séparées, prévenir les accidents."

La spintronique est une nouvelle technologie qui utilise le spin magnétique des électrons pour stocker des bits d'information. Il est né avec la découverte de la magnétorésistance géante, une découverte qui a valu à Peter Grümberg et Albert Fert le prix Nobel de physique en 2007. C'est un effet qui provoque de grands changements dans la résistance électrique des matériaux multicouches fins et a conduit au développement de composants aussi variés que le lecteur s'y attend. disques durs ou les capteurs des airbags.

La première génération de dispositifs spintroniques ou magnétorésistants était basée sur l'effet des matériaux magnétiques sur le spin des électrons. Mais une deuxième génération est déjà opérationnelle, et englobe cette nouvelle étude, dans laquelle l'interaction spin-orbite des électrons agit sur eux comme s'il existait un véritable champ magnétique externe, même s'il n'y en a pas.

L'utilisation du graphène comme composant actif en spintronique est l'un des objectifs fondamentaux du grand projet de l'Union européenne « Graphene Flagship ». L'objectif final des scientifiques est de contrôler volontairement le type de spin des électrons de ce nouveau matériau afin de l'appliquer aux appareils électroniques du futur.