Graphène, une feuille d'atomes de carbone d'une épaisseur d'un atome disposée en un réseau hexagonal, possède de nombreuses propriétés souhaitables. Le magnétisme n'en fait hélas pas partie. Le magnétisme peut être induit dans le graphène en le dopant avec des impuretés magnétiques, mais ce dopage a tendance à perturber les propriétés électroniques du graphène.

Aujourd'hui, une équipe de physiciens de l'Université de Californie, Riverside a trouvé un moyen ingénieux d'induire du magnétisme dans le graphène tout en préservant les propriétés électroniques du graphène. Ils y sont parvenus en rapprochant une feuille de graphène d'un isolant magnétique - un isolant électrique doté de propriétés magnétiques.

"C'est la première fois que le graphène est rendu magnétique de cette façon, " dit Jing Shi, professeur de physique et d'astronomie, dont le laboratoire a mené la recherche. "Le graphène magnétique acquiert de nouvelles propriétés électroniques afin que de nouveaux phénomènes quantiques puissent apparaître. Ces propriétés peuvent conduire à de nouveaux dispositifs électroniques plus robustes et multifonctionnels."

La découverte a le potentiel d'augmenter l'utilisation du graphène dans les ordinateurs, comme dans les puces informatiques qui utilisent le spin électronique pour stocker des données.

Les résultats de l'étude sont apparus en ligne plus tôt ce mois-ci dans Lettres d'examen physique .

L'isolant magnétique que Shi et son équipe ont utilisé était du grenat de fer et d'yttrium cultivé par épitaxie par faisceau moléculaire au laser dans son laboratoire. Les chercheurs ont placé une feuille de graphène monocouche sur une couche atomiquement lisse de grenat de fer yttrium. Ils ont découvert que le grenat de fer et d'yttrium magnétisait la feuille de graphène. En d'autres termes, le graphène emprunte simplement les propriétés magnétiques du grenat de fer yttrium.

Les substances magnétiques comme le fer ont tendance à interférer avec la conduction électrique du graphène. Les chercheurs ont évité ces substances et ont choisi le grenat de fer et d'yttrium parce qu'ils savaient qu'il fonctionnait comme isolant électrique, ce qui signifie qu'il ne perturberait pas les propriétés de transport électrique du graphène. En ne dopant pas la feuille de graphène mais en la plaçant simplement sur la couche de grenat de fer yttrium, ils ont veillé à ce que les excellentes propriétés de transport électrique du graphène restent inchangées.

Dans leurs expériences, Shi et son équipe ont exposé le graphène à un champ magnétique externe. Ils ont découvert que la tension Hall du graphène - une tension dans la direction perpendiculaire au flux de courant - dépendait linéairement de l'aimantation du grenat fer-yttrium (un phénomène connu sous le nom d'effet Hall anormal, vu dans les matériaux magnétiques comme le fer et le cobalt). Cela a confirmé que leur feuille de graphène était devenue magnétique.