« Matériaux naturels » : CIQTEK SNVM aide ses clients à réaliser des avancées majeures dans le domaine des dispositifs de spin au graphène.

August 21, 2025

Récemment, une équipe dirigée par Wang Haomin de l'Institut de microsystèmes et de technologies de l'information de Shanghai de l'Académie chinoise des sciences a réalisé des progrès significatifs dans l'étude du magnétisme des nanorubans de graphène en zigzag (zGNR) à l'aide d'un CIQTEK Microscope à balayage à vide d'azote (SNVM) .

S'appuyant sur des recherches antérieures, l'équipe a prégravé du nitrure de bore hexagonal (hBN) avec des particules métalliques afin de créer des tranchées atomiques orientées. Elle a ensuite utilisé une méthode de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) catalytique pour préparer de manière contrôlée des nanorubans de graphène chiraux dans les tranchées, obtenant ainsi des échantillons de zGNR d'environ 9 nm de large intégrés dans le réseau hBN. En combinant des mesures de SNVM et de transport magnétique, l'équipe a confirmé directement son magnétisme intrinsèque lors d'expériences. Cette découverte révolutionnaire pose des bases solides pour le développement de dispositifs électroniques de spin à base de graphène. Les résultats de recherche, intitulés « Signatures of magnetism in zigzag graphene nanoribbons embedded in a hexagonal boron nitride lattice », ont été publiés dans la prestigieuse revue académique. « Matériaux naturels ».

Le graphène, matériau bidimensionnel unique, présente des propriétés magnétiques des électrons orbitaux p fondamentalement différentes des propriétés magnétiques localisées des électrons orbitaux d/f des matériaux magnétiques traditionnels, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives de recherche pour l'exploration du magnétisme purement carboné. Les nanorubans de graphène en zigzag (zGNR), potentiellement dotés d'états électroniques magnétiques uniques proches du niveau de Fermi, sont considérés comme offrant un fort potentiel dans le domaine des dispositifs d'électronique de spin. Cependant, la détection du magnétisme des zGNR par des méthodes de transport électrique se heurte à de nombreux défis. Par exemple, les nanorubans assemblés de bas en haut sont souvent trop courts pour fabriquer des dispositifs de manière fiable. De plus, la forte réactivité chimique des bords des zGNR peut entraîner une instabilité ou un dopage irrégulier. De plus, dans les zGNR plus étroits, le fort couplage antiferromagnétique des états de bord peut rendre difficile la détection électrique de leurs signaux magnétiques. Ces facteurs entravent la détection directe du magnétisme dans les zGNR.

Les ZGNR intégrés au réseau hBN présentent une stabilité de bord supérieure et un champ électrique inhérent, créant des conditions idéales pour la détection de leur magnétisme. Dans le cadre de cette étude, l'équipe a utilisé CIQTEK SNVM à température ambiante pour observer les signaux magnétiques des zGNR directement à température ambiante.

Figure 1 : Mesure magnétique du zGNR intégré dans un réseau hexagonal de nitrure de bore à l'aide de Balayage Microscope à lacune d'azote

Lors des mesures de transport électrique, les transistors zGNR d'environ 9 nanomètres de large, fabriqués à partir de ces matériaux, ont démontré une conductivité et des caractéristiques de transport balistique élevées. Sous l'influence d'un champ magnétique, le dispositif a présenté une magnétorésistance anisotrope significative, avec une variation de magnétorésistance d'environ 175 Ω à 4 K, soit un rapport de magnétorésistance d'environ 1,3 %, et ce signal a persisté même à des températures allant jusqu'à 350 K. L'hystérésis n'a été observée que sous un champ magnétique perpendiculaire au plan des zGNR, confirmant son anisotropie magnétique. En analysant la variation de la magnétorésistance avec l'angle d'inclinaison, les chercheurs ont constaté que le moment magnétique est perpendiculaire à la surface de l'échantillon. De plus, la diminution de la magnétorésistance avec l'augmentation de la polarisation source-drain et de la température a révélé l'interaction entre la réponse magnétique, le transport de charge et les vibrations thermiques.

Figure 2 : Caractéristiques de transport magnétique des dispositifs zGNR de 9 nanomètres de large intégrés dans le hBN

Cette recherche, en combinant Microscope à balayage à vide d'azote Des mesures de technologie et de transport ont confirmé pour la première fois directement l'existence d'un magnétisme intrinsèque dans les zGNR intégrés au hBN, offrant ainsi la possibilité de contrôler le magnétisme par un champ électrique. Ces travaux approfondissent non seulement la compréhension des propriétés magnétiques du graphène, mais ouvrent également de nouvelles voies pour le développement de dispositifs électroniques de spin à base de graphène.

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SNVM est un Instrument de mesure de précision combinant la technologie de résonance magnétique à détection optique (ODMR) à lacune d'azote (NV) du diamant et la technologie d'imagerie par microscopie à force atomique (AFM). Il offre une haute résolution spatiale, une imagerie magnétique haute sensibilité, des capacités de détection polyvalentes et des avantages de détection non invasive, ce qui le rend important dans des domaines tels que la caractérisation du domaine magnétique, l'imagerie antiferromagnétique, la caractérisation des supraconducteurs et la recherche sur les matériaux magnétiques bidimensionnels.