Le graphène, cette fine couche de carbone, est reconnu pour ses propriétés exceptionnelles. Une équipe de recherche internationale a récemment découvert une nouvelle caractéristique de ce matériau : sa capacité à devenir un aimant puissant lorsqu’il est exposé à des impulsions térahertz.
Cette observation pourrait jeter les bases à de nouvelles applications dans le domaine des commutateurs magnétiques et des dispositifs de stockage.
Une Expérience Révélatrice
Le graphène est composé d’une feuille ultra-mince d’une seule couche d’atomes de carbone. Ce matériau, découvert en 2004, présente des propriétés remarquables, dont sa capacité à conduire l’électricité de manière exceptionnelle. C’est cette propriété que des chercheurs internationaux d’Allemagne, de Pologne, d’Inde et des États-Unis ont exploitée.
Ils ont appliqué des milliers de minuscules disques de graphène, de taille micrométrique, sur une petite puce à l’aide de techniques de semi-conducteurs établies. Cette puce a ensuite été exposée à un type spécifique de radiation situé entre la gamme des micro-ondes et des infrarouges : des impulsions térahertz courtes.
Des Résultats Surprenants
Le résultat étonnant de cette expérience, menée par l’Université de Duisburg-Essen (UDE) et le Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), est que ces minuscules disques de graphène se sont brièvement transformés en électro-aimants. « Nous avons pu générer des champs magnétiques de l’ordre de 0,5 Tesla, soit environ dix mille fois le champ magnétique de la Terre », rapporte le physicien du HZDR, le Dr. Stephan Winnerl.
Ces impulsions magnétiques étaient de courte durée, environ dix picosecondes ou un centième de milliardième de seconde. L’effet décisif s’est produit lorsque les impulsions circulairement polarisées ont frappé les disques de graphène micrométriques : stimulés par la radiation, les électrons libres dans les disques ont commencé à circuler, générant ainsi un champ magnétique.
Des Applications Potentielles
À long terme, ces minuscules aimants pourraient être utiles pour certaines technologies futures. Les disques de graphène pourraient effectuer des opérations de commutation magnétique extrêmement rapides et précises, ce qui serait intéressant pour la technologie de stockage magnétique, mais aussi pour la spintronique, une forme d’électronique magnétique.
Pour cela, il faudrait pouvoir inventer des sources térahertz très petites et hautement miniaturisées. « Vous ne pouvez pas utiliser un laser à électrons libres à part entière pour cela, comme celui que nous avons utilisé dans notre expérience », commente Stephan Winnerl. « Néanmoins, des sources de radiation adaptées à une table de laboratoire devraient suffire pour les futures expériences scientifiques. »
En synthèse
La découverte de la capacité du graphène à devenir un aimant puissant sous l’effet d’impulsions térahertz ouvre de nouvelles perspectives pour le développement de technologies futures. Bien que la miniaturisation des sources térahertz soit encore un défi à relever, les résultats de cette recherche internationale sont prometteurs et pourraient conduire à des avancées significatives dans le domaine des commutateurs magnétiques et des dispositifs de stockage.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le graphène ?
Le graphène est une forme de carbone qui se présente sous la forme d’une feuille ultra-mince d’une seule couche d’atomes de carbone. Il a été découvert en 2004 et est reconnu pour ses propriétés exceptionnelles, notamment sa capacité à conduire l’électricité de manière très efficace.
Qu’a découvert l’équipe de recherche internationale sur le graphène ?
L’équipe de recherche a découvert que le graphène peut devenir un aimant puissant lorsqu’il est exposé à des impulsions térahertz courtes. Cette découverte pourrait avoir des applications potentielles dans le domaine des commutateurs magnétiques et des dispositifs de stockage.
Qu’est-ce que les impulsions térahertz ?
Les impulsions térahertz sont un type spécifique de radiation situé entre la gamme des micro-ondes et des infrarouges. Dans cette expérience, ces impulsions ont été utilisées pour transformer les disques de graphène en électro-aimants.
Quelles sont les applications potentielles de cette découverte ?
Les disques de graphène pourraient effectuer des opérations de commutation magnétique extrêmement rapides et précises, ce qui serait intéressant pour la technologie de stockage magnétique, mais aussi pour la spintronique, une forme d’électronique magnétique.
Quels sont les défis à relever pour exploiter cette découverte ?
Un des principaux défis est l’invention de sources térahertz très petites et hautement miniaturisées. Ces sources seraient nécessaires pour générer les impulsions térahertz qui transforment les disques de graphène en électro-aimants.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| Le graphène peut devenir un aimant puissant lorsqu’il est exposé à des impulsions térahertz. |
| Les impulsions magnétiques générées par le graphène sont de courte durée, environ dix picosecondes. |
| Les disques de graphène pourraient effectuer des opérations de commutation magnétique extrêmement rapides et précises. |
| Cette découverte pourrait être intéressante pour la technologie de stockage magnétique et la spintronique. |
| Un des principaux défis est l’invention de sources térahertz très petites et hautement miniaturisées. |
Références
Légende illustration principale : Lorsqu’une impulsion lumineuse polarisée circulairement (rouge) frappe un disque de graphène de la taille d’un micromètre (gris), un champ magnétique est créé pendant une fraction d’instant (lignes noires). Crédit : Lucchesi, Uta (HZDR)
J.W. Han, P. Sai, D-B. But, E. Uykur, S. Winnerl, G. Kumar, M.L. Chin, R.L. Myers-Ward, M.T. Dejarld, K.M. Daniels, T.E. Murphy, W. Knap, M. Mittendorff: Strong transient magnetic fields induced by THz-driven plasmons in graphene disks,Nature Communications, 2023, (DOI: 10.1038/s41467-023-43412-x)
