Germain
DÉVELOPPEMENT D’UN AIMANT ULTRAMINCE QUI FONCTIONNE À TEMPÉRATURE AMBIANTE POUR DES APPLICATIONS EN INFORMATIQUE ET EN PHYSIQUE QUANTIQUE
Des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory et de l’Université de Californie à Berkeley ont récemment rapporté dans la revue Nature Communications le développement d’un aimant ultramince qui fonctionne à température ambiante. Cette découverte pourrait avoir des applications importantes dans le domaine de l’informatique, de l’électronique et de la physique quantique.
Depuis des décennies, les chercheurs cherchent à créer des aimants plus fins et plus petits, afin de pouvoir stocker des données à une densité beaucoup plus élevée. Les aimants utilisés dans les dispositifs de mémoire actuels sont typiquement constitués de couches minces magnétiques qui sont en réalité tridimensionnelles. De précédents travaux dans le domaine des aimants bidimensionnels ont donné des résultats prometteurs, mais ces aimants perdent leur magnétisme et deviennent chimiquement instables à température ambiante.
L’aimant ultramince développé par ces chercheurs est le premier à fonctionner à température ambiante et à atteindre la limite réelle de la dimensionnalité bidimensionnelle : il est aussi fin qu’un seul atome. Cela signifie que l’on peut stocker des informations à une densité beaucoup plus élevée. De plus, cet aimant offre une plateforme idéale pour étudier la physique quantique, car il permet d’examiner chaque atome individuellement.
Les chercheurs ont réussi à fabriquer cet aimant ultramince, appelé aimant à base de zinc-oxyde dopé au cobalt, en chauffant un mélange de graphène oxydé, de zinc et de cobalt dans un four classique de laboratoire. Le graphène est ensuite brûlé, laissant derrière lui une seule couche atomique d’oxyde de zinc dopée au cobalt. Cette méthode de production est potentiellement scalable pour une production en masse à moindre coût.
Des expériences de microscopie électronique à balayage et de microscopie électronique en transmission ont été menées pour confirmer que le film bidimensionnel ne mesure qu’un atome d’épaisseur. Des expériences aux rayons X ont été réalisées pour caractériser les paramètres magnétiques du matériau à haute température. Les chercheurs ont également utilisé des rayons X pour vérifier les structures électroniques et cristallines des aimants synthétisés. La structure cristalline et la composition chimique du matériau ont été étudiées à l’aide de la microscopie électronique en transmission.
Les résultats des expériences en laboratoire ont montré que le système zinc-oxyde-graphène devient magnétique avec une concentration de 5 à 6% d’atomes de cobalt. Une augmentation de la concentration d’atomes de cobalt à environ 12% permet d’obtenir un aimant très puissant. Une concentration d’atomes de cobalt supérieure à 15% provoque une compétition entre différents états magnétiques dans le système bidimensionnel.
En utilisant les électrons libres présents dans l’oxyde de zinc, les chercheurs ont réussi à maintenir les atomes de cobalt magnétiques et à s’assurer qu’ils pointent tous dans la même direction, même si le support, le zinc-oxyde, est un matériau non magnétique. Cette caractéristique unique devrait permettre d’exploiter pleinement le potentiel des matériaux bidimensionnels pour l’électronique de spin, une nouvelle technologie qui utilise l’orientation du spin des électrons pour encoder les données.
En conclusion, cette découverte est non seulement excitante pour les avancées potentielles dans les domaines de la mémoire, de l’informatique, de la spintronique et de la physique quantique, mais elle ouvre également de nouvelles possibilités d’étude de la physique quantique à l’échelle atomique. En créant un aimant ultramince qui fonctionne à température ambiante, les chercheurs ont franchi une étape importante dans le développement de dispositifs plus compacts et plus performants pour le stockage de données et l’électronique.
