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En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

Molécules magnétiques déposées sur surface : du nouveau en spintronique

Miniaturiser les supports des dispositifs de stockage d’information binaire est aujourd’hui un enjeu fort en spintronique. Des molécules magnétiques susceptibles de remplir cette mission sont déjà connues. Mais pour les insérer dans nos appareils numériques, encore faut-il les déposer sur une surface pour les séparer les unes des autres et les manipuler sans qu’elles perdent leur propriété de bistabilité (état 0 ou 1). Un véritable challenge que les chercheurs de l’Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (CNRS/Université Paris-Sud) ont relevé. Ces travaux sont parus dans la revue Nature Comm.

 

Capables de s'aimanter sous l'effet d'un champ magnétique et de garder l’aimantation même après disparition du champ, les matériaux ferromagnétiques sont à la base des dispositifs de stockage d’information, tels que ceux présents dans les ordinateurs. Comme pour tout système utilisé pour garder en mémoire des informations, plus sa taille est réduite, plus sa densité de stockage est grande. D’où le défi actuel, pour les spécialistes de l’électronique de spin, de développer des systèmes magnétiques de taille moléculaire (de l’ordre du nanomètre).

De telles molécules magnétiques ont déjà été élaborées, mais pour les insérer dans des dispositifs, il est nécessaire de les déposer sur une surface pour les séparer les unes des autre et ainsi stocker une information dans chacune d’elles. Etape jusqu’à maintenant difficile à franchir sans que les molécules ne perdent leur propriété magnétique, et donc tout intérêt !

Dans le cadre d’une collaboration multi-organisme et pluridisciplinaire1 soutenue par le laboratoire d’excellence NanoSaclay, des chercheurs de l’Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay sont parvenus à greffer des molécules magnétiques – des phosphonates à base de cobalt ou de nickel - sur une surface magnétique, par l’intermédiaire d’une liaison chimique permettant une communication électronique entre la molécule et la surface. Par des études de dichroïsme magnétique des rayons X, menées sur la ligne DEIMOS2 du synchrotron SOLEIL, les chercheurs ont mis en évidence cette communication électronique et ainsi le couplage magnétique entre la molécule et la surface. Une condition nécessaire pour que la molécule conserve sa bistabilité magnétique, à savoir la capacité à exister dans deux états différents face à la même perturbation extérieure, propriété fondamentale pour tout dispositif capable de garder en mémoire des informations et donc de les stocker.

Grâce à la maîtrise parfaite de l’interface entre la molécule et la surface, ces travaux présentent un intérêt fondamental pour expliquer les phénomènes de couplage magnétique observés. Mais ils offrent aussi des perspectives pour la conception de nouveaux dispositifs de spintronique à l’échelle moléculaire, et notamment de systèmes dotés de capacité de stockage 100 fois supérieure aux capacités actuelles.

 

1 CEA, CNRS, Synchrotron SOLEIL, Université Pierre et Marie Curie, Chimie ParisTech (Université de recherche Paris Sciences et Lettres), Unité mixte CNRS/Thales, Université de Toulouse 3, Université Paris Saclay et Université Paris Sud.

2 Dichroism Experimental Installation for Magneto-Optical Spectroscopy.

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Schéma du complexe moléculaire magnétique greffé sur une surface ferrimagnétique d’oxyde de fer.
© Victoria Campbell (CNRS) / Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d’Orsay

 

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Cycle d’hystérèse magnétique (en fonction du champ magnétique) de la surface magnétique (en rouge) et des molécules individuelles greffées (en bleu), à température égale à 2 kelvin.
© Talal Mallah (Université Paris Sud) / Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d’Orsay

 

 

Référence

Victoria Campbell, Monica Tonelli, IreneCimatti, Jean-Baptiste Moussy, Ludovic Tortech, Yannick J. Dappe, Eric Rivière, Régis Guillot, Sophie Delprat, Richard Mattana, Pierre Seneor, Philippe Ohresser, Fadi Choueikani, Edwige Otero, Florian Koprowiak, VijayGopalChilkuri, Nicolas Suaud, Nathalie Guihéry, Anouk Galtayries, Frédéric Miserque, Marie-Anne Arrio, Philippe Sainctavit & Talal Mallah

Engineering the magnetic coupling and anisotropy at the molecule–magnetic surface interface in molecular spintronic devices

Nat. Comm. 8 décembre 2016
DOI: 10.1038/ncomms13646

 

Contact chercheur

Talal Mallah, Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay

Courriel : talal.mallah@u-psud.fr

T 01 69 15 47 49

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Stéphanie Younes

 

7 février 2017

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