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"}}]]

  • Best Poster Award: Younes Makoudi@Elecmol08

    Younes Makoudi, PhD@FEMTO-ST, won the best poster award during the Elecmol08 international conference in Grenoble on December 12 (www.elecmol.com). The aim of his work is the adsorption of functional molecules on surfaces which plays a vital role in the emerging field of nanoelectronics.

    Read more
  • Exposition FEMTO-ST - Bibliothèque Universitaire Belfort - du 1er décembre au 15 janvier 2009

    Cette exposition présente les activités de l'institut. Qui fait de la Science ? Des femmes et des hommes aux parcours divers, des chercheurs, des enseignants et des étudiants motivés. Les thèmes abordés sont relatifs au temps, à l'énergie, à la nanotechnologie, à l'optique, à l'automatique et à la mécanique. Découvrez le quotidien du chercheur et la passion qui l'anime.

    Read more
  • Journée Technique Microstructures / MEMS

    En partenariat avec la société POLYTEC-PI, nous organisons une « journée technique microstructures» qui aura lieu le jeudi 20 novembre 2008 dans les locaux de TEMIS INNOVATION – Maison des Microtechniques à Besançon.

    Read more
  • Inauguration plateforme industrielle de productique SISTRE

    Cette manifestation, destinée aux industriels vous permettra de découvrir au sein d’un même système de production, une très grande diversité de matériels et de technologies innovantes.

    Read more
  • The Nanosciences group selected by Omicron for their Result of the Month

    Omicron, a private company that manufactures surface tunneling microscopes (STM), has selected a paper of the Nanosciences group that recently appeared in Physical Review Letters as its Result of the Month for October 2008.

    Read more
  • Omicron sélectionne des résultats du groupe Nanosciences pour son résultat du mois d'octobre

    La société Omicron, qui fabrique des microscopes STM, a choisi de présenter un article du groupe Nanosciences de l'équipe MINANO paru dans Physical Review Letters comme résultat du mois d'octobre.

    Read more
  • Micronora 2008 : Micron d’or et micro-vache

    Ce fut l’une des attractions au salon Micronora de Besançon : la plus petite vache du monde pèse 830 nanogrammes, soit 10 % du poids d’un grain de sable. Les 5 pièces de cette micro-vache en résine souple et transparente à la lumière ont été montées en moins d’une heure à l’aide de la station de micro assemblage Pronomia de FEMTO-ST qui a reçue un Micron d’Or 2008.

    Read more
  • FEMTO-ST dans le classement des meilleurs laboratoires français de l’EXPRESS

    Dans l'édition de l'hebdomadaire l'EXPRESS du 12 juin, FEMTO-ST figure dans la liste des unités de recherche d'excellence en France.

    Read more
  • FEMTO-Innovation au Salon Européen de la Recherche et de l’Innovation

    FEMTO-Innovation était présent au Salon Européen de la Recherche et de l’Innovation sur le stand de l'association des instituts Carnot les 5, 6 et 7 juin dernier à la Porte de Versailles à Paris (Stand B2 – Hall 5.1).

    Read more
  • FEMTO-Innovation au salon EPMT

    FEMTO-Innovation était présent à la deuxième édition du salon EMPT qui s'est tenu à Lausanne du 3 au 6 juin 2008 dernier et qui a réuni plus d'une centaine d'acteurs impliqués dans les domaines d'application des micro et nanotechnologies.

    Read more