Le graphène, qui est du carbone extrêmement fin, est considéré comme un véritable matériau wonder. Une équipe de recherche internationale a maintenant ajouté une autre facette à ses diverses propriétés avec des expériences au Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) : les experts, dirigés par l’Université de Duisburg-Essen (UDE), ont tiré de courtes impulsions térahertz sur des objets de la taille d’un micromètre. des disques de graphène, qui ont brièvement transformé ces minuscules objets en aimants étonnamment puissants. Cette découverte pourrait s’avérer utile pour développer de futurs commutateurs magnétiques et dispositifs de stockage.
- Des chercheurs ont utilisé des impulsions térahertz pour transformer de minuscules disques de graphène en électro-aimants puissants.
- Les disques de graphène ont été exposés à un rayonnement térahertz polarisé circulairement, ce qui a provoqué la rotation des électrons libres et la génération d'un champ magnétique.
- Cette découverte pourrait être utilisée dans le développement de commutateurs magnétiques et de dispositifs de stockage, ainsi que dans le domaine émergent de la spintronique.
Le graphène est constitué d’une feuille extremely-mince composée d’une seule couche d’atomes de carbone. Mais ce matériau, découvert seulement en 2004, présente des propriétés remarquables. Parmi eux, il y a sa capacité à conduire extrêmement bien l’électricité, et c’est précisément ce dont ont profité des chercheurs internationaux d’Allemagne, de Pologne, d’Inde et des États-Unis.
Ils ont appliqué des milliers de minuscules disques de graphène de la taille d’un micromètre sur une petite puce en utilisant des methods de semi-conducteurs établies. Cette puce a ensuite été exposée à un sort particulier de rayonnement situé entre le domaine des micro-ondes et l’infrarouge : de courtes impulsions térahertz.
Pour obtenir les meilleures ailments possibles, le groupe de travail dirigé par l’UDE a utilisé une source de lumière particulière pour l’expérience : le laser à électrons libres FELBE du HZDR peut générer des impulsions térahertz extrêmement intenses. Le résultat étonnant : « Les minuscules disques de graphène se sont brièvement transformés en électro-aimants », rapporte le physicien du HZDR, le Dr Stephan Winnerl.
« Nous avons pu générer des champs magnétiques de l’ordre de, 5 Tesla, soit environ dix mille fois le champ magnétique terrestre. » Il s’agissait de courtes impulsions magnétiques, d’une durée d’environ dix picosecondes ou un centième de milliardième de seconde seulement.
Les impulsions de rayonnement remuent les électrons
La condition du succès : les chercheurs ont dû polariser les éclairs térahertz d’une manière spécifique. L’optique spécialisée a modifié la path d’oscillation du rayonnement afin qu’il se déplace, au sens figuré, de manière hélicoïdale dans l’espace.
Lorsque ces éclairs polarisés circulairement ont frappé les disques de graphène de la taille d’un micromètre, l’effet décisif s’est produit : stimulés par le rayonnement, les électrons libres présents dans les disques ont commencé à tourner en rond, tout comme l’eau dans un seau agitée avec une cuillère en bois. Et comme, selon les lois fondamentales de la physique, un courant circulant génère toujours un champ magnétique, les disques de graphène se sont transformés en minuscules électro-aimants.
« L’idée est en fait assez uncomplicated », explique Martin Mittendorff, professeur à l’université de Duisburg-Essen. « Avec le recul, nous sommes surpris que personne ne l’ait fait auparavant. » L’efficacité du processus est tout aussi étonnante : comparée aux expériences irradiant des nanoparticules d’or avec de la lumière, l’expérience du HZDR était un million de fois additionally efficace – une augmentation impressionnante. Le nouveau phénomène pourrait initialement être utilisé pour des expériences scientifiques dans lesquelles des échantillons de matériaux sont exposés à des impulsions magnétiques courtes mais fortes afin d’étudier additionally en détail certaines propriétés des matériaux.
L’avantage : « Avec notre méthode, le champ magnétique n’inverse pas la polarité, comme c’est le cas avec de nombreuses autres méthodes », explique Winnerl. « Il reste donc unipolaire. » En d’autres termes, pendant les dix picosecondes que dure l’impulsion magnétique des disques de graphène, le pôle nord reste un pôle nord et le pôle sud un pôle sud – un avantage potentiel pour certaines séries d’expériences.
Le rêve de l’électronique magnétique
À extensive terme, ces minuscules aimants pourraient même être utiles pour certaines systems futures : grâce aux éclairs de rayonnement ultra-courts qui les génèrent, les disques de graphène pourraient effectuer des opérations de commutation magnétique extrêmement rapides et précises. Cela serait intéressant pour la technologie du stockage magnétique, par exemple, mais aussi pour ce qu’on appelle la spintronique, une forme d’électronique magnétique.
Ici, au lieu de fees électriques circulant dans un processeur, de faibles champs magnétiques sous forme de spins électroniques sont transmis comme de minuscules matraques. On l’espère que cela pourrait accélérer à nouveau considérablement les processus de commutation. Les disques de graphène pourraient éventuellement être utilisés comme électro-aimants commutables pour contrôler les futures puces spintroniques.
Cependant, les specialists devraient inventer à cet effet de très petites sources térahertz hautement miniaturisées – ce qui est certainement encore un very long chemin à parcourir. « Vous ne pouvez pas utiliser pour cela un laser à électrons libres à element entière, comme celui que nous avons utilisé dans notre expérience », commente Stephan Winnerl. « Néanmoins, des sources de rayonnement installées sur une desk de laboratoire devraient suffire pour de futures expériences scientifiques. » De telles sources térahertz nettement furthermore compactes peuvent déjà être trouvées dans certaines installations de recherche.
