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Magnétisme rare trouvé dans le matériau le plus résistant du monde

Le graphène, l’un des matériaux les plus résistants au monde, n’est normalement pas magnétique. Mais une fois empilé et tordu, le graphène développe une forme rare de magnétisme, selon de nouvelles recherches.

Le champ magnétique n’est pas créé par le spin habituel des électrons dans les couches de graphène individuelles, mais provient plutôt du tourbillon collectif d’électrons dans toutes les trois couches de la structure de graphène empilée, ont rapporté les chercheurs le 12 octobre dans la revue Nature La physique.

Le graphène est un matériau constitué d’une seule couche (ou monocouche) d’atomes de carbone disposés selon un motif en nid d’abeille. Il est incroyablement léger et solide (bien qu’il soit vulnérable à la fissuration). Il conduit également l’électricité, ce qui le rend intéressant pour une utilisation dans l’électronique et les capteurs.

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« Nous nous sommes demandé ce qui se passerait si nous combinions des monocouches et des bicouches de graphène dans un système à trois couches torsadées », a déclaré Cory Dean, physicien à l’Université Columbia à New York et l’un des principaux auteurs du nouveau document. « Nous avons constaté que la variation du nombre de couches de graphène confère à ces matériaux composites de nouvelles propriétés intéressantes qui n’avaient pas été vues auparavant. »

Dean et ses collègues ont empilé deux couches de graphène, puis ont ajouté une seule couche sur le dessus, faisant tourner la pile de 1 degré. Ils ont ensuite étudié ce sandwich de graphène dans diverses circonstances, y compris des températures juste au-dessus du zéro absolu (le point auquel tout mouvement moléculaire s’arrête). À ces basses températures, ils ont constaté que le graphène cessait de conduire l’électricité et devenait plutôt un isolant.

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Ils ont également découvert qu’ils pouvaient contrôler les propriétés de l’empilement torsadé de graphène en appliquant un champ électrique. Lorsque le champ électrique était orienté dans une direction, le système agissait comme une double couche torsadée de graphène. Lorsqu’ils ont inversé le champ, la pile a pris les propriétés d’une structure de graphène à quatre couches torsadées.

Le plus étrange de tous était peut-être le rare magnétisme apparu dans la structure à trois couches. Une étude publiée par un autre groupe dans la revue Advanced Materials a révélé que le graphène lié au nitrure de bore peut donner lieu à un champ magnétique étrange; ce champ provenait des liaisons moléculaires du carbone dans le graphène et du bore dans le nitrure de bore. La nouvelle recherche révèle que ce même type de magnétisme peut se produire dans le graphène pur uniquement, simplement en raison des interactions entre les molécules de carbone.

« Le carbone pur n’est pas magnétique », a déclaré le co-auteur de l’étude Matthew Yankowitz, physicien à l’Université de Washington à Seattle, dans un communiqué. « Remarquablement, nous pouvons concevoir cette propriété en disposant nos trois feuilles de graphène juste aux bons angles de torsion. »

La structure contient également des régions où les propriétés ne sont pas perturbées par la torsion de la couche. Ces zones uniques du matériau pourraient être exploitées pour le stockage de données ou des applications d’informatique quantique, a déclaré le co-auteur de l’étude Xiaodong Xu, également à l’Université de Washington, dans le communiqué.

Les chercheurs envisagent maintenant d’approfondir les propriétés fondamentales de la structure du graphène. « Ce n’est vraiment que le début », a déclaré Yankowitz.

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Publié à l’origine sur 45secondes.fr.

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