Le nanorubans de graphène pourrait révolutionner le stockage d’informations
Voilà plus de 15 ans que les chercheurs ont découvert le graphène, une feuille de carbone d’une épaisseur d’un atome. Les études sur ce matériau ont mené des scientifiques à découvrir le nanoruban de graphène. Il s’obtient en coupant la feuille de carbone suivant le bord de sa structure en nid d’abeille. Les nanorubans possèdent des propriétés magnétiques inhabituelles qui intéressent plusieurs chercheurs.
Plusieurs travaux ont pour but d’exploiter ces nanorubans dans l’optique de concevoir des appareils spintroniques. La spintronique est une discipline qui rassemble l’électronique et le spin (une propriété d’une particule en physique quantique). En exploitant le spin des particules de ce matériau, les chercheurs espèrent créer une technologie de stockage avec une grande vitesse de traitement d’informations, malgré sa faible puissance.
Les scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) et de l’UC Berkeley ont également étudié les nanorubans de graphène dans ce but. Ils ont publié les résultats de leur étude dans la revue Nature le 22 décembre 2022.
Stabiliser les bords des nanorubans en remplaçant certaines molécules de carbone par de l’azote
Les différents travaux sur les nanorubans de graphène ont dû se confronter à des défis, car le matériau est très réactif. Par conséquent, l’observation et la canalisation de ses propriétés uniques sur un dispositif réel deviennent compliquées. Néanmoins, les chercheurs de Berkeley Lab et de l’UC Berkeley ont trouvé une solution. Ils ont découvert une méthode pour stabiliser les bords des nanorubans et pour mesurer directement ses caractéristiques magnétiques.
Le groupe de scientifiques ayant réalisé ces découvertes a été codirigé par Felix Fischer et Steven Louie. Tous deux font partie du corps enseignant de Berkeley Lab, dans la division des sciences des matériaux.
Pour stabiliser les bords du nanoruban, les chercheurs ont remplacé certains atomes de carbone en azote sur la longueur des bords en zigzag. En faisant cela, ils pouvaient modifier la structure électronique locale sans bouleverser les propriétés magnétiques du matériau. Grâce à ce procédé, l’équipe a pu mettre au point une technique de microscopie à sonde locale (MSL) afin d’évaluer le magnétisme du matériau au niveau atomique.
Deux défis supplémentaires à surmonter
Felix Fischer a expliqué qu’ils se sont heurtés à deux autres difficultés au cours de leurs travaux. Elles concernent la mesure et la quantification du champ magnétique que produit par induction les états des bords des nanorubans polarisés en spin.
Le premier impliquait de décoller le nanoruban de la surface métallique plane (substrat) qui intervenait dans la substitution des atomes de carbone en azote. Pour résoudre ce problème, M. Fischer a opté pour l’utilisation de la pointe d’un microscope à effet tunnel. L’instrument permet de briser irréversiblement le lien entre le matériau et le substrat.
Le dernier est de trouver une manière d’évaluer directement un champ magnétique au niveau nanométrique. Les scientifiques ont résolu ce problème grâce à une découverte concernant les atomes d’azote. Ces atomes qui ont remplacé les atomes de carbone sur les nanorubans agissent tels des capteurs au niveau atomique.
« L’exploration et le développement des outils expérimentaux permettant l’ingénierie rationnelle de ces bords magnétiques exotiques ouvrent la porte à des possibilités sans précédent en matière de spintronique à base de carbone; »
M. Fischer
