La réalisation de cristaux bidimensionnels de nanoparticules magnétiques de quelques nanomètres de période est une sorte de Graal qui pourrait ouvrir la voie à un stockage de quantité d’information encore accrue sur des surfaces toujours plus petites. Les chercheurs de l'irig et ceux de l’ESRF de Grenoble (ligne BM32) ont développé au fil des années tous les ingrédients et les techniques de caractérisation permettant d’aller dans cette direction.

La croissance d’une monocouche de graphène sur des monocristaux d’iridium leur a permis de synthétiser un réseau à deux dimensions de 2,5 nm de période. Le développement de techniques de diffusion aux petits angles et de diffraction des rayons X (Figure 1) sensibles à des quantités de matière nanométrique a permis à ces chercheurs de caractériser l’organisation, la taille, la forme et la structure à l’échelle des atomes, de ces réseaux et nanoparticules.


Figure 1. Diffusion des rayons X synchrotron aux petits angles en incidence rasante donnant sur un détecteur bidimensionnel la transformée de Fourier (le long d’une direction spécifique) d’une assemblée de nanoparticules (NP) sur un substrat.

Les chercheurs de notre institut ont collaboré avec ceux de l’Institut Lumière Matière de Lyon capables de réaliser des nano-particules de fer-platine qui, moyennant un recuit, s’organisent chimiquement à l’échelle atomique et acquièrent une aimantation. Ils ont alors montré que non seulement ces particules s’organisent sur le réseau de moiré du graphène sur iridium (Figure 2), mais qu’elles gardent leur aimantation (liée à leur ordre chimique) et leur supra-organisation jusqu’à des températures élevées, réalisant un pas de plus vers une possible ultra-haute densité de stockage magnétique.

Figure 2. Représentation « atomique » d’un moiré entre une monocouche de graphène et un substrat d’iridium. Il y a un réseau de coïncidence de sites atomiques tous les 10 mailles d’Ir et tous les 11 mailles de graphène, générant un réseau 2D de site d’adsorption périodique. Cercle = nanoparticule aimantée.