Le graphène est un matériau diamagnétique, c'est, incapable de devenir magnétique. Cependant, un morceau triangulaire de graphène devrait être magnétique. Cette apparente contradiction est une conséquence des formes « magiques » dans la structure des flocons de graphène, qui forcent les électrons à "tourner" plus facilement dans une direction. Le triangulene est un flocon triangulaire de graphène, qui possède un moment magnétique net :c'est un aimant de graphène de taille nanométrique. Cet état magnétique ouvre des perspectives fascinantes sur l'utilisation de ces aimants en carbone pur en technologie.

Cependant, les prédictions robustes du magnétisme triangulaire ont trébuché avec l'absence de preuves expérimentales claires, car la production de triangulène par des méthodes de synthèse organique en solution était difficile. Le caractère bi-radicalaire de cette molécule la rendait très réactive et difficile à fabriquer, et le magnétisme semble être très insaisissable dans ces quelques cas réussis.

Dans une nouvelle étude, Publié dans Lettres d'examen physique , ce défi a été revisité à l'aide d'un microscope à effet tunnel (STM). Après avoir assemblé un morceau de graphène de forme triangulaire sur une surface d'or propre, des mesures de spectroscopie à effet tunnel à haute résolution ont révélé que ce composé a un état magnétique net caractérisé par un état fondamental de spin S=1 et, donc, que cette molécule est une petite, para-aimant en carbone pur. Ces résultats sont la première démonstration expérimentale d'un flocon de graphène à spin élevé.

Les résultats ont été complétés par des étapes de manipulation atomique des produits secondaires triangulènes passivés à l'hydrogène trouvés occasionnellement dans l'expérience. Par l'élimination contrôlée de ces atomes d'hydrogène supplémentaires dans les expériences, l'état de spin du flocon pourrait être modifié à partir d'une coque fermée, structure doublement hydrogénée, à un état de spin intermédiaire S=1/2, et enfin à l'état à spin élevé S=1 de la structure moléculaire idéale.

La preuve expérimentale d'un état de spin en l'absence d'axe de quantification magnétique (détectable par STM polarisé en spin) ou d'anisotropie magnétique (détectable par spectroscopie tunnel inélastique spin-flip) n'est pas simple. Dans ce travail, la signature de spin a été obtenue à partir de l'effet Kondo sous-écran - une version exotique de l'effet Kondo standard décrit dans les années 1960 - qui peut survenir dans les systèmes à spin élevé. Son observation dans un flocon de graphène sur un métal n'a jamais été rapportée auparavant et apporte ici de nouvelles perspectives pour comprendre les spins interagissant avec les surfaces.