Graphène, une feuille de carbone atomiquement mince, a été intensivement étudié pendant la dernière décennie pour révéler des mécaniques exceptionnelles, électrique, et les propriétés optiques. Récemment, les chercheurs ont commencé à explorer une propriété encore plus surprenante :le magnétisme. Des théories et des expériences ont suggéré que des défauts dans le graphène ou des groupes chimiques liés au graphène peuvent l'amener à présenter du magnétisme; cependant, à ce jour, il n'y avait aucun moyen de créer du graphène magnétique de grande surface qui pourrait être facilement modelé. Maintenant, Des scientifiques du Naval Research Laboratory (NRL) des États-Unis ont trouvé un moyen simple et robuste de magnétiser le graphène à l'aide d'hydrogène.

Cette recherche a été publiée dans Matériaux avancés , 20 janvier 2015.

Les scientifiques du LNR ont placé le graphène sur une plaquette de silicium, puis l'ont plongé pendant environ une minute dans de l'ammoniac cryogénique avec un peu de lithium. Le groupe avait récemment montré qu'il s'agissait d'une méthode rapide et douce pour ajouter des atomes d'hydrogène. Ils voient maintenant que l'hydrogène ajouté rend la surface ferromagnétique. Parce que cette méthode est si efficace pour ajouter de l'hydrogène, il faut faire attention à la durée d'exposition. Dr Keith Whitener, Division de chimie du LNR, a expliqué :« Cette méthode d'hydrogénation nous donne accès à une gamme de couverture en hydrogène beaucoup plus large que les méthodes précédentes autorisées, et trop d'hydrogène détruit en fait le magnétisme." Cependant, une fois fait, le graphène magnétique était d'une qualité exceptionnelle. Dr Paul Sheehan, Division de chimie du LNR, a noté que "j'ai été surpris que le graphène partiellement hydrogéné préparé par notre méthode soit si uniforme dans son magnétisme et n'ait apparemment pas de joints de grains magnétiques."

De façon intéressante, le groupe NRL a montré que la force magnétique pouvait être ajustée en éliminant les atomes d'hydrogène avec un faisceau d'électrons. L'impact des électrons peut rompre la liaison chimique entre le graphène et l'hydrogène, éliminer l'hydrogène de la surface. Sans l'hydrogène, le graphène n'est plus magnétique. Par conséquent, en contrôlant soigneusement le trajet du faisceau d'électrons, on peut écrire des motifs magnétiques dans le graphène (figure). "Puisque la structuration massive avec un système commercial de lithographie par faisceau d'électrons est possible, nous pensons que notre technique peut être facilement applicable pour la fabrication microélectronique actuelle, " dit le Dr Woo-Kyung Lee, chercheur en matériaux à la division de chimie du LNR et chef de projet. De grands réseaux de caractéristiques magnétiques ont été rapidement créés, ce qui serait particulièrement utile dans des applications allant des technologies de l'information à la spintronique.

Les questions auxquelles les chercheurs sont maintenant confrontés sont de savoir à quel point la structuration de l'hydrogène peut être fine et pendant combien de temps le ferromagnétisme peut être stable. Si ces questions trouvent une réponse, cette technique pourrait conduire à un support de stockage avec une seule paire de carbone hydrogéné stockant un seul bit magnétique de données, une amélioration d'environ un million de fois par rapport aux disques durs actuels.