La réalisation de dispositifs électroniques innovants et plus compacts requiert des matériaux fonctionnels en couches ultra-minces (métaux, semi-conducteurs, supraconducteurs, etc.). Parmi ceux-ci, les cristaux de van der Waals, dont le graphène a été un précurseur, offrent de multiples fonctionnalités attractives. Cependant ils sont difficiles à synthétiser sur de grandes surfaces et leurs propriétés magnétiques nécessitent en principe de basses températures.
Pendant longtemps, le magnétisme n'a pas été pris en compte dans les études sur les cristaux de van der Waals car un matériau bidimensionnel isotrope n'était pas censé être magnétique. En 2017, la découverte d'un ordre magnétique à longue distance dans une couche mono-atomique a changé la donne.
Des chercheurs de l'Irig ont voulu explorer le magnétisme de ces matériaux. Mais comment les fabriquer ? Les feuillets de cristaux de van der Waals obtenus par exfoliation de cristaux massifs ont l'inconvénient d'être limités à des tailles micrométriques et leur ordre magnétique ne se maintient qu'en dessous de 100 K. Est-il possible de produire des feuillets à plus grande échelle et dont le magnétisme persisterait à plus haute température ?
Pour relever ce défi, les scientifiques ont fait croître des couches minces de Fe5GeTe2 sur un support de saphir, en recourant à l'épitaxie par jets moléculaires. Résultat : ces couches possèdent une cristallinité parfaite et une composition chimique uniforme à l'échelle du cm². Un progrès considérable par rapport aux feuillets micrométriques exfoliés !
En associant deux feuillets de Fe5GeTe2 reliés par des liaisons chimiques faibles, les physiciens observent un ordre magnétique jusqu'à 229 K (température de Curie) malgré une anisotropie magnétique quasi-nulle. Des analyses complémentaires suggèrent que le magnétisme de ce matériau, en particulier l'évolution de l'aimantation en fonction de la température, ne correspond pas au modèle attendu pour des couches bidimensionnelles. Ce comportement inattendu est différent de celui des autres aimants de van der Waals.
Ces travaux ouvrent la voie à la fabrication de multicouches de van der Waals plus complexes, telles que celles requises pour l'électronique et la spintronique.