L'utilisation d'objets moléculaires magnétiques en spintronique
Publié par Adrien le 19/03/2020 à 09:00
Source: CNRS INC

© A. Boudalis
Des chercheurs de l'Institut de chimie de Strasbourg (CNRS / Université de Strasbourg) et du Laboratoire Jean Perrin (CNRS / Sorbonne Université) ont réussi à contrôler le spin d'une molécule magnétique avec des champs électriques pulsés. Ceci ouvre une possibilité pour l'utilisation en spintronique d'objets magnétiques moléculaires dont la fabrication est simple, peu coûteuse, que l'on peut déposer en surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) pour élaborer des dispositifs et qui combinent propriétés magnétiques et propriétés optiques. Ces travaux sont publiés dans la revue Journal of the American Chemical Society, dont ils font la couverture.

Dans les applications de la spintronique, le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) des nano-objets magnétiques par des champs magnétiques est comparable à l'utilisation d'une presse hydraulique (L'hydraulique désigne la branche de la physique qui étudie les liquides. En tant que telle, les champs d'investigation qu'elle propose regroupent plusieurs domaines :) ; l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) est forte et de longue portée, mais elle a du mal à isoler un seul objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les relations...), qui est forcément de dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur,...) nanométriques. Il est également difficile de réaliser un contrôle dans des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) courts tels qu'exigés par les applications technologiques. Une alternative, vivement explorée ces dernières années, est le contrôle par des champs électriques. L'interaction avec des nano-objets ressemble alors à celle d'un scalpel (Un scalpel est un couteau très pointu utilisé dans divers métiers artisanaux.): bien localisée et de courte portée, elle est aussi capable d'être modulée très rapidement. Par contre, elle est très faible dans la majorité des cas: les objets magnétiques ne sont généralement pas très sensibles aux champs électriques, ce qui rend leur contrôle électrique très difficile.

Mais ceci n'est pas toujours le cas, il semble possible aujourd'hui de remplacer ces sortes de "presses hydrauliques" par des "scalpels", grâce à un couplage "magnétoélectrique": on peut alors contrôler l'aimantation de certains matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) par des champs électriques, et inversement, la polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En électronique, la polarisation est le...) électrique par des champs magnétiques.

Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou...) de Strasbourg (CNRS / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Strasbourg) et du Laboratoire Jean Perrin (Jean Baptiste Perrin (né le 30 septembre 1870 à Lille, mort le 17 avril 1942 à New York) était un physicien français qui a travaillé sur les questions relatives aux rayons cathodiques et à la...) (CNRS / Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du théologien du XIIIe siècle Robert de Sorbon, le fondateur du collège...) Université) avaient montré qu'une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus...) magnétique trimétallique, un "triangle (En géométrie euclidienne, un triangle est une figure plane, formée par trois points et par les trois segments qui les relient. La dénomination de...) de spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au même titre que sa masse et sa charge électrique. Comme la...)", se comportant comme un doublet de spin, présente un couplage magnétoélectrique, et peut ressentir des champs électriques statiques. Aujourd'hui, ces mêmes chercheurs ont réussi à utiliser des impulsions électriques pour contrôler l'aimantation de cette molécule magnétoélectrique de manière dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :). Ce contrôle temporel est important pour l'utilisation de telles molécules dans des applications spintroniques telles que le calcul quantique à base de spin et d'intrication quantique. De plus, ils ont identifié des facteurs qui peuvent déterminer l'intensité de ce couplage magnétoélectrique dans des complexes métalliques, permettant la découverte d'autres molécules magnétoélectriques, des propriétés ameliorées et mieux adaptées pour des applications spintroniques.

Ces travaux ont été réalisés dans le cadre du programme de recherche européen MSCA-IF H2020 "CHIRALQUBIT" (projet No 746060).

Références:
Jérôme Robert, Nathalie Parizel, Philippe Turek, Athanassios K. Boudalis
Polyanisotropic Magnetoelectric Coupling in an Electrically Controlled Molecular Spin Qubit (On nomme qubit (quantum + bit ; prononcé /kyoobit/), parfois écrit qbit, l'état quantique qui représente la plus petite unité de stockage d'information quantique. Il se compose d'une superposition de deux états...)

Journal of the American Chemical Society, 2019, 141, 19765 - Décembre 2019.
DOI: 10.1021/jacs.9b09101
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