12/12/2013 - Nouvelle route pour la conception de nanosystèmes pour capteurs et pour le traitement et le stockage de l'information

Menéame

Des scientifiques de l’Institut de Nanoscience d’Aragon (INA) et du Laboratoire de Microscopies Avancées (LMA) du campus aragonais ont participé avec des experts du Royaume-Uni, du Portugal et de l’Allemagne à la contrôle électrique de l’anisotropie des aimants monoatomiques, c’est-à-dire dans la gestion électrique d’une propriété qui ne pouvait auparavant être ajustée que par des changements structurels.

Grâce à cette étude, publiée dans la revue scientifique Nature Nanotechnology, Il a été démontré que l’énergie nécessaire pour modifier l’orientation magnétique d’un seul atome, c’est-à-dire celle qui détermine sa stabilité et, par conséquent, son utilisation sur plusieurs dispositifs à l’avenir, peut être contrôlée par l’attelage électrique de l’atome avec un métal.

Ce résultat a été possible grâce à la collaboration d’un groupe international d’experts, parmi lesquels David Serrate, chercheur Ramón et Cajal de l’Université de Saragosse, et Maria Moro, de l’INA et de la LTA de l &s; Université de Saragosse, ainsi que des scientifiques University College London (London Center for Nanotechnology, UCL-LCN, Royaume-Uni), el Iberian Nanotechnology Laboratory (INL, Portugal) et le Max Planck Institute of Microstructure Physics (Allemagne).

Deux aimants s’attirent ou se repoussent en fonction de l’orientation de leurs pôles magnétiques. Le fait que ces pôles sont orientés dans une direction spécifique est connu sous le nom d’anisotropie magnétique. L’anisotropie magnétique joue un rôle déterminant dans une large gamme d’applications, depuis l’aiguille d’une boussole, en passant par les disques durs, jusqu'à l’IRM nucléaire.

En utilisant des microscopes à effet tunnel (STM, anglais) Scanning Tunnelling Microscopy), les chercheurs ont découvert un nouveau mécanisme qui contrôle l’anisotropie magnétique sur l’échelle atomique. Ces équipements sophistiqués se trouvent dans le  Laboratoire de microscopies avancées (LMA) de l’Université de Zaragoza et permettent d’observer et de manipuler des atomes individuels adsorbés - fixés par des interactions physiques ou chimiques - sur des surfaces.

Joaquín Fernández-Rossier, de l’Iberian Nanotechnology Laboratory (INL) du Portugal, assure que dans le cas de "grands morceaux" de matériel magnétique, l’anisotropie magnétique est essentiellement imposée par la forme. Les atomes qui forment cet aimant possèdent également un magnétisme intrinsèque, et donc une anisotropie magnétique associée. Cependant, les atomes sont si petits (dans un aimant en forme de da de 1 mm de côté il y a environ cent millions de milliards d’atomes, 10²⁰) qu’une forme définie ne peut pas leur être associée, ce qui fait que leur anisotropie est habituellement contrôlée par la position et la charge électrique des atomes voisins.

Dans cette expérience, l’équipe de recherche a observé de fortes variations de l’anisotropie magnétique des atomes individuels de Co en fonction de leur position sur une mono-couche isolante de nitrure de cuivre, elle-même développée sur une surface métallique. Dans les laboratoires du LTA, les chercheurs ont pu analyser statistiquement la corrélation de ces changements avec l’attelage électrique au métal. Avec l’aide de la théorie et de la modélisation de calcul effectuée par les équipements au Portugal et en Allemagne, les interactions électroniques avec le métal ont pu être identifiées comme facteur déterminant de l’anisotropie magnétique.

David Serrate, chercheur Ramón et Cajal de l’Université de Saragosse à l’INA, souligne que "les infrastructures de l’INA-LMA jouent un rôle fondamental dans l’avancement de la Nanoscience, et un bon exemple est les collaborations scientifiques pertinentes comme celle-ci. Si l’engagement institutionnel persiste dans son développement et son maintien, Aragon peut se consolider en tant qu’enclave stratégique dans le secteur de la Nanotechnologie."  

Pour sa part, Cyrus Hirjibehedin, London Center for Nanotechnology (LCN), qui a dirigé et coordonné l’enquête, souligne l’importance que revêt le contrôle électrique d’une propriété qui ne pouvait auparavant être ajustée que par des changements structurels. "Ouvre sans aucun doute une nouvelle voie dans la conception nano-électroniques pour les capteurs et pour le traitement et le stockage de l’information."

Contrairement à d’autres mécanismes conventionnels, le nouvel effet permet d’ajuster l’anisotropie magnétique électrique, c’est-à-dire en utilisant le même mécanisme qu’il opère dans les chromatogènes à effet champ. Ce résultat est particulièrement pertinent aujourd'hui, car il montre qu’il est possible de maximiser l’anisotropie magnétique sans l’utilisation de terres rares, de matériaux rares dont l’extraction présente des problèmes environnementaux et géostratégiques.

Lien vers l’article:

"Control of single-spin magnétic anisotropy by exchange coupleling" http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2013.264

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