Structures Kagomé pour les technologies quantiques

Les technologies quantiques ouvrent des perspectives prometteuses mais elles nécessitent le développement de nouveaux matériaux aux propriétés remarquables.

Contexte :
Le graphène Kagomé est un matériau fascinant, constitué d'un réseau de triangles de carbone qui forment une structure en treillis. Il attire l'attention des scientifiques pour ses propriétés électroniques particulières, comme la présence de bandes plates et de points de Dirac, qui peuvent donner naissance à des phénomènes quantiques surprenants, notamment des états magnétiques exotiques et une forte corrélation électronique. Cependant, son caractère naturellement semi-conducteur empêche un contrôle précis de ses propriétés avec un champ électrique, limitant ainsi son potentiel pour des applications en électronique et en spintronique.

Résultats obtenus :
Les chercheurs (de l’école Polytechnique de Montréal – CANADA, de l’Université de Bâle - SUISSE et issus de FEMTO-ST) ont réussi à modifier le graphène Kagomé en introduisant des radicaux π – des sites où un électron reste non apparié, créant ainsi des états magnétiques localisés. Pour cela, ils ont synthétisé une version modifiée du graphène Kagomé contenant des groupes carbonyle (C=O), puis ils ont exposé cette structure à de l’hydrogène atomique, avant de chauffer l’ensemble pour transformer ces groupes en radicaux CH. Des analyses précises, menées par microscopie à force atomique et spectroscopie tunnel, ont confirmé la formation de ces états magnétiques et de nouveaux états électroniques situés à des énergies très basses.

Perspectives :
Ces avancées ouvrent des perspectives prometteuses pour la fabrication de matériaux quantiques avancés. En maîtrisant la densité et la distribution des radicaux, il pourrait être possible de concevoir des dispositifs capables de manipuler le spin des électrons à l’échelle nanométrique, une avancée clé pour les technologies de spintronique et les futures applications en informatique quantique. Les prochaines étapes consisteront à perfectionner la technique pour créer un graphène Kagomé entièrement fonctionnalisé, tout en explorant les interactions entre ces nouveaux états électroniques et des phénomènes comme la supraconductivité.

Références :
Les travaux sont publiés dans la revue ACS Nano dont ils font la couverture du numéro de février 2025.
On-Surface Synthesis and Characterization of Radical Spins in Kagome Graphene
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
Article accessible en accès ouvert à https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c15519?ref=PDF

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

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