NAnotube de CArbone pour MAGnetometrie ultrasensible. – CARNAMAG

Notre projet a pour objectif de développer une nouvelle méthode de mesure magnétique ultrasensible basée sur l’utilisation de résonateurs électromécaniques à nanotube de carbone (CNTER). Plus précisément, les CNTERS seront utilisés comme détecteurs de force afin de mesurer l’interaction magnétique entre un champ magnétique et une nanoparticule magnétique (MNP) greffée sur la surface du nanotube. Cette approche originale et novatrice de magnétométrie devrait nous permettre de mesurer directement le cycle d’hystérésis magnétique d’une nanoparticule unique, de moment magnétique inférieur à 1000 magnétons de Bohr (µB), synthétisée chimiquement sur une large gamme de température et de champ magnétique.
A l’heure actuelle, la majorité des études de nanoparticules élaborées par des méthodes chimiques sont faites sur des assemblées via des mesures macroscopiques (magnétométrie SQUID). Ceci implique que les propriétés individuelles sont souvent cachées ou moyennées à cause des effets de distribution de taille, de forme, de structure cristalline ou encore à cause des interactions magnétiques entre particules. L’amélioration ou le développement de techniques de magnétométrie de forte sensibilité adaptées à des objets préparées par méthode chimique demeure un enjeu fondamental. Du point de vue technique, à ce jour, le micro-squid a permis d’étudier une nanoparticule ayant un moment de l’ordre de 1700µB dans une gamme de température et de champ magnétique restreinte. Plus récemment, la microscopie à force résonante magnétique et le magnétotransport ont permis de mesurer les propriétés magnétiques de particules uniques dans des conditions expérimentales très particulières.
Les CNTERs ont une énorme sensibilité comme détecteur de masse/force, comme cela a été récemment démontré par le coordinateur B. Lassagne, jusqu’à la détection d’un atome à basse température. Ceci signifie que les nanotubes de carbone sont à l’heure actuelle les nanobalances les plus sensibles jamais fabriquées, et donc les détecteurs de force les plus performants. Ils sont donc idéaux pour fabriquer des détecteurs magnétiques ultra sensibles. En effet, des calculs préliminaires fait par le coordinateur montrent que les CNTERs actuellement fabriqués auraient une sensibilité de l’ordre de quelques µB à basse température ce qui surpasserait de loin les techniques actuelles.
A notre connaissance, ce projet ambitieux n’a pas d’équivalent au niveau européen ou international. Une des principales raison est la nécessité d’avoir une forte collaboration entre des domaines aussi large que la physique des nanotubes de carbone, la synthèse chimique de MNPs et le nanomagnétisme. Le « Laboratoire de Physique et de Chimie des Nano-objets » (LPCNO) qui associe des chimistes et des physiciens spécialistes de la synthèse et de l’étude des propriétés magnétiques apparaît donc très bien armé pour accueillir ce projet. Les objectifs du projet sont :
1/ le développement de CNTER à très forte sensibilité.
2/ la synthèse chimique de nanoparticules magnétiques et leur adressage sur le CNTER par deux voies originales : l’électrodéposition et le dépôt localisé de nanogoutte par AFM.
3/ magnétométrie sur particule unique.