The institute
FEMTO's news

Kagomé structures for quantum technologies

Quantum technologies open up promising prospects, but require the development of new materials with remarkable properties.

Context :
Kagome graphene is a fascinating material made up of carbon triangles arranged in a lattice structure. Its unique electronic properties, such as the presence of flat bands and Dirac points, make it a promising candidate for quantum materials research. These characteristics can give rise to strong electronic correlations and exotic magnetic states. However, due to its intrinsic semiconducting nature, Kagome graphene lacks tunability under an electric field, limiting its potential for applications in electronics and spintronics.

Breakthrough discovery :
A team of researchers from École Polytechnique de Montréal (Canada), the University of Basel (Switzerland), and FEMTO-ST (France) has successfully modified Kagome graphene by introducing π-radicals, creating localized magnetic states.
Their approach involved synthesizing a carbonyl (C=O)-functionalized version of Kagome graphene, which was then exposed to atomic hydrogen. A subsequent thermal treatment transformed the carbonyl groups into CH radicals, effectively generating unpaired electrons that induce magnetism.
Advanced characterization techniques, including atomic force microscopy (AFM) and scanning tunneling spectroscopy (STS), confirmed the formation of these magnetic states and the emergence of new low-energy electronic states.

Scientific impact and future perspectives :
This study demonstrates that chemical functionalization of Kagome graphene allows the creation of tunable electronic states, opening new possibilities for investigating topology, magnetism, and electron correlations. By increasing the density of radicals, the researchers observed the reappearance of Dirac cones and flat bands near the Fermi level, suggesting that a fully functionalized version of Kagome graphene could become metallic—a breakthrough that was previously challenging to achieve.
These findings lay the foundation for advanced quantum materials with applications in spintronics and quantum computing. Controlling the density and distribution of radicals could lead to nano-scale spin manipulation, a key step toward the development of next-generation electronic devices.
The next phase of research will focus on optimizing the synthesis process to achieve a fully functionalized Kagome graphene, while further exploring the interaction between these new electronic states and phenomena such as superconductivity.

Publications and futher information :
This work has been published in ACS Nano, featuring on the cover of the February 2025 issue
open acess article : On-Surface Synthesis and Characterization of Radical Spins in Kagome Graphene
Authors : Rémy Pawlak, Khalid N. Anindya, Outhmane Chahib, Jung-Ching Liu, Paul Hiret, Laurent Marot, Vincent Luzet, Frank Palmino, Frédéric Chérioux, Alain Rochefort, and Ernst Meyer
DOI: 10.1021/acsnano.4c15519

Contacts :
Dr Frédéric CHERIOUX, frederic.cherioux@femto-st.f
Dr Rémy PAWLAK, remy.pawlak@unibas.ch

[[{"fid":"38510","view_mode":"default","fields":{"format":"default","alignment":"","field_file_image_alt_text[und][0][value]":false,"field_file_image_title_text[und][0][value]":false,"external_url":""},"type":"media","field_deltas":{"1":{"format":"default","alignment":"","field_file_image_alt_text[und][0][value]":false,"field_file_image_title_text[und][0][value]":false,"external_url":""}},"attributes":{"class":"media-element file-default","data-delta":"1"}}]]

  • Workshop Arc-et-Senans - 14 septembre 2011

    Cet atelier est couplé cette année avec le workshop NAMIS. Les thèmes traités par les conférenciers seront les Enjeux sociaux et économiques des applications sans fil (Wireless) dans les domaines de l’environnement, de la santé et de la sécurité ainsi que le Management multiculturel et l’Emergence d’une société globale

    Read more
  • Birgit STILLER, lauréate du Prix A'Doc 2011

    Birgit STILLER, Doctorante au Département Optique, est lauréate du Prix A'Doc 2011 pour son article « Son et Lumière dans les fibres optiques microstructurées »

    Read more
  • Journée technique : Microélectronique et MEMS

    Organisée par FEMTO-ST, le Pôle des Microtechniques et Cap'Tronic, cette journée aura lieu le 5 juillet prochain et sera l'opportunité de rencontres et d'échanges entre académiques, industriels fabricants de produits micro-assemblés et offreurs de solutions de micro-assemblage.

    Read more
  • Le microrobot FEMTO-ST double champion du monde de vitesse

    Après avoir décroché leur premier titre de champion du monde l’année dernière en Alaska, nos chercheurs franc-comtois sont venus hier à Shanghai réitérer leur performance pour s’illustrer à nouveau dans la coupe internationale de microrobotique.

    Read more
  • FEMTO-ST publie dans Angewandte chemie international edition

    Un consortium de chercheurs issus de l’Institut FEMTO-ST et l’Institut de Sciences et Matériaux de Mulhouse vient de publier un article dans Angewandte chemie international edition exposant leur capacité à organiser des molécules sur une surface semiconductrice avec une précision atomique.

    Read more
  • FEMTO-ST sera présent à Munich sur LASER WORLD OF PHOTONICS 2011

    C'est au côté de Crystal Device Technology, une des start-ups issues de son Département d'Optique que FEMTO-ST participera du 23 au 26 mai sur le pavillon France au plus important salon international du domaine de la photonique

    Read more
  • FEMTO-ST expose sur MEDTEC les 13 et 14 avril 2011

    FEMTO-ST sera présent les 13 et 14 avril prochain sur le stand 525 au salon de l'instrumentation médicale "MEDTEC France" qui se tient à Besançon (Parc des expositions de Micropolis)

    Read more
  • Un LABEX pour le projet FIRST-TF

    FEMTO-ST et UTINAM font partie des cents projets de LABoratoires d’Excellence (LABEX)retenus dans le cadre du grand emprunt. Ce projet de réseau thématique pour la recherche,l’innovation, la formation, les services et le transfert en Temps-Fréquence (FIRST-TF) est porté par le
    SYRTE (SYstème de Références Temps-Espace) de l'Observatoire de Paris. Il implique également le Laboratoire de Physique des Lasers (Paris 13) et GEOAZUR à l’Observatoire de la Côte d’Azur.

    Read more
  • Un article de Michel planat sélectionné par le Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical

    Les travaux de Michel Planat sur le "calcul quantique par l'hypothèse de Riemann" ont été sélectionnés pour affichage sur le site du Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical accessible à l'adresse http://iopscience.iop.org/1751-8121/labtalk-article/45421. Cette brève est fondée sur un article récent de Michel paru dans ce journal.

    Read more
  • Michel planat makes the Insights News of the Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical

    Michel Planat's Insights news article "Quantum computing with Riemann hypothesis" is now available on the journal's website and can be viewed at http://iopscience.iop.org/1751-8121/labtalk-article/45421. This news article is based on the recent paper published by the Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical.

    Read more