L'atome d'hydrogène rend-il le graphène magnétique ?


Le graphène possède de nombreuses propriétés mécaniques et électroniques exceptionnelles, mais il n'est pas magnétique. Pour le rendre magnétique, la stratégie la plus simple consiste à modifier sa structure électronique pour créer des électrons non appariés.

Un atome d'hydrogène rend le graphène magnétique

Les chercheurs peuvent y parvenir, par exemple, en retirant des atomes de carbone individuels ou en adsorbant de l'hydrogène sur le graphène.

Cela doit être fait de manière très contrôlée en raison d'une caractéristique particulière du réseau cristallin du graphène, qui se compose de deux sous-réseaux. Gonzales-Herrero et al. ont déposé un seul atome d'hydrogène sur le graphène et ont utilisé la microscopie à effet tunnel pour détecter le magnétisme sur le sous-réseau qui ne contient pas l'atome déposé (voir la perspective de Hollen et Gupta).

Les atomes d'hydrogène isolés adsorbés sur le graphène sont censés induire des moments magnétiques.

Nous montrons ici que l'adsorption d'un seul atome d'hydrogène sur le graphène induit un moment magnétique caractérisé par un état de division de spin de ~20 milliélectrons-volts à l'énergie de Fermi.

Nos expériences de microscopie à effet tunnel (STM), complétées par des calculs de premiers principes, montrent qu'un tel état polarisé en spin est essentiellement localisé sur le sous-réseau de carbone opposé à celui dans lequel l'atome d'hydrogène est chimisorbé.

Les atomes d'hydrogène peuvent être manipulés avec une précision atomique

Les atomes d'hydrogène isolés adsorbés sur le graphène sont censés induire des moments magnétiques.

Nous montrons ici que l'adsorption d'un seul atome d'hydrogène sur le graphène induit un moment magnétique caractérisé par un état de division de spin de ~20 milliélectrons-volts à l'énergie de Fermi.

Nos expériences de microscopie à effet tunnel (STM), complétées par des calculs de premiers principes, montrent qu'un tel état polarisé en spin est essentiellement localisé sur le sous-réseau de carbone opposé à celui dans lequel l'atome d'hydrogène est chimisorbé.

Cette texture de spin modulée de façon atomique, qui s'étend sur plusieurs nanomètres à partir de l'atome d'hydrogène, entraîne un couplage direct entre les moments magnétiques sur des distances inhabituellement grandes.

En manipulant les atomes d'hydrogène avec une précision atomique à l'aide de la pointe STM, il est possible d'adapter le magnétisme de certaines régions de graphène.