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Des métaux sur du graphène

Des scientifiques financés par l'UE sont allés au-delà de l'étude des propriétés du graphène pour s'intéresser aux liaisons entre le graphène et des métaux de la série des terres rares. Ces composites sont d'un grand intérêt en spintronique.
Des métaux sur du graphène
Le graphène présente de nombreuses propriétés uniques, par exemple un transport du spin à longue distance et une grande mobilité des porteurs. Dans le cadre de dispositifs basés sur le transport des charges électriques ou du spin, l'interface graphène-métal sert de contact pour l'injection de charge ou de spin. L'efficacité de l'injection par ces interfaces est contrôlée par leurs propriétés électroniques et magnétiques. C'était l'une des principales motivations du projet ELECTROMAGRAPHENE (Probing the influence of the graphene-metal interaction on the electronic and magnetic properties of nearly free standing graphene), financé par l'UE.

Les scientifiques du projet ont étudié diverses interfaces graphène-métal, ainsi que l'intercalation de métaux entre du graphène et le substrat. Ils ont constaté que plusieurs facteurs influençaient les propriétés électroniques et magnétiques de ces interfaces.

Les chercheurs ont utilisé la microscopie tunnel à balayage pour comparer le positionnement de l'oxygène chimisorbé sur de l'iridium avec la structure formée par l'intercalation entre du graphène et de l'iridium. Lorsque la couche de graphène était au sommet, ils ont observé la symétrie la plus élevée à ce jour dans une interface graphène - oxygène - iridium.

D'autre part, l'europium s'intercale à températures élevées sous le graphène sur de l'iridium. La microscopie électronique à faible énergie et la microscopie électronique à émission de photons ont révélé que cette pénétration se faisait via des fissures nanométriques. Le matériau intercalé prenait une disposition complexe d'îles et de bandes.

Les chercheurs ont aussi étudié des échantillons de graphène intercalé d'europium sur du nickel, à l'aide de dichroïsme circulaire magnétique aux rayons X. La couche de graphène semble protéger celle d'europium contre l'oxydation, préservant intactes les propriétés magnétiques de la structure constituée de la terre rare métallique, de la couche mince de nickel et du substrat en iridium.

En général, l'intercalation de métaux augmente le couplage magnétique entre un substrat ferromagnétique et le graphène, permettant d'utiliser celui-ci comme filtre de spin. En outre, la fonction passivante et protectrice du graphène peut servir dans des systèmes spintroniques.

Avec leur approche ascendante et descendante, les chercheurs ont pu concevoir des nanostructures de graphène stables jusqu'à 600 degrés Kelvin. Ces travaux ont ouvert la voie à des manipulations de groupes, contrôlables pour former n'importe quelle disposition.

Les résultats importants des analyses microscopiques et cristallographiques des propriétés électriques de l'interaction graphène-métal ont été détaillés dans cinq articles, publiés ou soumis à des revues prestigieuses à comité de lecture.

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Mots-clés

Graphène, métaux de terres rares, spintronique, interface métal-graphène, modèle