L'aimant le plus fin du monde mesure à peine un atome d'épaisseur

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« Nous sommes les premiers à fabriquer un aimant 2D à température ambiante chimiquement stable dans des conditions ambiantes », se félicite Jie Yao, chercheur en sciences des matériaux du Berkeley Lab. Lui et son équipe ont réalisé un petit exploit : mettre au point un aimant d’à peine un atome d’épaisseur, pouvant donc être qualifié d’aimant 2D (largeur et longueur), son épaisseur étant négligeable. De précédentes recherches étaient déjà parvenues à réaliser ce type d’aimant ultrafin (voir notre précédent article, ci-dessous), mais ils perdaient leur magnétisme et devenaient chimiquement instables à température ambiante. Pas très pratique pour des applications du quotidien. L’aimant mis au point par l’équipe conserve, lui, ses propriétés magnétiques jusqu’à 100 °C.

Un sandwich de graphène, zinc et cobalt

L’aimant se compose d’une monocouche de zinc dopée au cobalt, qui confère son magnétisme au matériau. Pour préparer cette monocouche, les chercheurs ont synthétisé une solution d’oxyde de graphène, de zinc et de cobalt, qu’ils ont cuit dans un four pour obtenir un sandwich avec une monocouche d’oxyde de zinc d’un atome d’épaisseur agrémenté de quelques atomes de cobalt entre deux couches de graphène. Ils ont ensuite brûlé le graphène pour ne conserver que la fine couche aimantée.

L’aimant est constitué d’une monocouche d’oxyde de zinc (en jaune) dopée avec des atomes de cobalt (en rouge). © Berkeley Lab
L’aimant est constitué d’une monocouche d’oxyde de zinc (en jaune) dopée avec des atomes de cobalt (en rouge). © Berkeley Lab

Le problème, c’est qu’à température ambiante, les atomes de cobalt ont tendance à perdre leur alignement et à s’orienter dans tous les sens sous l’effet de l’agitation thermique, ce qui annule le magnétisme car des champs magnétiques de signes opposés s’additionnent pour donner un résultat final nul. Mais, à leur grande surprise, les chercheurs ont constaté que ce n’était pas le cas avec leur aimant. « Notre système magnétique 2D utilise un mécanisme distinct, qui pourrait être dû aux électrons libres de l'oxyde de zinc », explique Rui Chen,...

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