Nanomagnétisme sur Graphène Epitaxié sur Métaux – NMGEM

Le projet propose de mettre en évidence et d'exploiter les propriétés remarquables d'un système original, constitué de graphène épitaxié sur métaux (GEM). Nous proposons d'aborder pour la première fois avec ce système l'étude du nanomagnétisme, avec l'ambition de revisiter et de renouveler l'exploration fondamentale de ce domaine. Le graphène sera utilisé d'un part comme la brique élémentaire dans des (nano)systèmes [nanoparticules (NPs) magnétiques sur GEM, GEM à support métallique magnétique], et d'autre part en tant que médium inédit permettant de manipuler des phénomènes magnétiques à l'échelle nanométrique.



Le projet mobilise un large spectre de techniques expérimentales et théoriques, certaines éprouvées pour la recherche sur le graphène, et d'autres qui n'ont pas encore été appliquées à l'étude de ce matériau. Les approches de science des surfaces seront à ce titre employées ex situ et in situ, notamment les sondes à rayons X sur sources synchrotron. L'effort théorique sera porté sur des études ab initio traitant la polarisation en spin des porteurs de charge, pour des systèmes comprenant jusqu'à un millier d'atomes, et sur des méthodes de dynamique moléculaire pour de plus gros systèmes. Les travaux sont envisagés dans un effort concerté entre théoriciens et expérimentateurs.



Le consortium mis en place dans ce cadre rassemble des experts mondialement reconnus dans leur communauté, dont certains sont les seuls en France. Quatre organisme de recherche sont impliqués. L'Institut Néel (coordonnateur) apportera concernant la croissance de graphène épitaxié, autour du nanomagnétisme et son expertise en calculs ab intio,. Le Laboratoire de Physique de la Matière Condensée et des Nanostructures (LPMCN) offrira son expertise en nanomagnétisme également, et concernant les caractérisations électroniques et structurales du graphène et des NPs. L'Institut Nanosciences et Cryogénie (CEA-INAC) partagera sa forte expérience sur installations synchrotron en diffusion des rayons X, ainsi que son expertise en simulations ab initio de propriétés magnétiques. Le Laboratoire de Spectrométrie Ionique et Moléculaire (LASIM) apportera son savoir-faire en simulations atomistiques et par dynamique moléculaire, qu'il appliquera à l'étude de la croissance et de l'interaction des NPs avec le GEM.



Le premier objectif du projet portera sur le contrôle et la compréhension de la croissance, de la structure et de l'interaction dans le système GEM-NPs magnétiques. Il revêt un intérêt intrinsèque : démontrer la préparation de gabarits nanométriques ajustables sur lequel peuvent être préparés des réseaux denses ou dilués de NPs ouvre des perspectives considérables pour le nanomagnétisme, et au-delà de ce projet, pour la nanocatalyse ou la nano-optique par exemple. Le deuxième objectif concerne l'étude de phénomènes magnétiques avec ce système. A cet égard, l'utilisation de gabarits GEM, pour lesquels le désordre est bien moindre que dans les systèmes connus jusqu'à présent, devrait permettre de développer une description mieux détaillée du nanomagnétisme, et d'aborder l'étude de phénomènes particulièrement sensibles au désordre, tels que l'apparition d'états magnétiques collectifs dans les assemblées de NPs. Enfin, du fait de la présence du graphène, de nouveaux effets sont proposés à l'interface graphène/métal magnétique en tirant parti de la possibilité de modifier en larges proportions la densité de charge dans le graphène.