Magnétisme du graphène révélé par CIQTEK SNVM dans Nature Materials

Matériaux naturels | Visualisation du magnétisme du graphène : CIQTEK SNVM permet une avancée majeure dans la spintronique du graphène

October 30, 2025

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Haomin Wang de l'Institut de microsystèmes et de technologies de l'information de Shanghai, relevant de l'Académie chinoise des sciences, a réalisé des progrès significatifs dans l'étude du magnétisme des nanorubans de graphène en zigzag (zGNR) grâce à… Microscope à balayage NV CIQTEK (SNVM) .

S’appuyant sur leurs travaux antérieurs, l’équipe a créé des rainures atomiques orientées dans du nitrure de bore hexagonal (hBN) par pré-gravure à l’aide de nanoparticules métalliques, puis a synthétisé des nanorubans de graphène à chiralité contrôlée au sein de ces rainures par dépôt chimique en phase vapeur catalytique (CVD). Les nanorubans de graphène chiraux (zGNR) ainsi obtenus, d’une largeur d’environ 9 nm et intégrés au réseau hBN, ont présenté des propriétés magnétiques intrinsèques, confirmées expérimentalement pour la première fois grâce à la technique SNVM combinée à des mesures de transport magnétique.

Ces travaux novateurs jettent les bases d'un développement solide des dispositifs spintroniques à base de graphène. L'étude, intitulée « Signatures du magnétisme dans des nanorubans de graphène en zigzag intégrés dans un réseau hexagonal de nitrure de bore » , a été publié dans la revue renommée Matériaux naturels .

Graphene Magnetism Revealed with CIQTEK SNVM in Nature Materials https://doi.org/10.1038/s41563-025-02317-4

Comprendre le magnétisme du graphène

Le graphène, matériau bidimensionnel unique, présente un magnétisme électronique de type p fondamentalement différent du magnétisme localisé de type d/f observé dans les matériaux conventionnels. Cette particularité ouvre de nouvelles perspectives pour l'étude du magnétisme quantique à base de carbone. Les nanorubans de graphène en zigzag (zGNR) sont particulièrement prometteurs pour les applications spintroniques en raison de leurs états électroniques magnétiques prédits au voisinage du niveau de Fermi. Cependant, la détection du magnétisme des zGNR par des mesures de transport électrique demeure un défi majeur.

Les principales difficultés résident dans la longueur limitée des nanorubans synthétisés par la méthode ascendante, ce qui complique la fabrication des dispositifs, et dans la réactivité chimique des bords, source d'instabilité ou de dopage inhomogène. De plus, dans les zGNR étroits, le fort couplage antiferromagnétique entre les états de bord rend difficile la détection électrique des signaux magnétiques. Ces obstacles ont freiné l'observation directe du magnétisme intrinsèque des zGNR.

SNVM révèle des signaux magnétiques à température ambiante

L'intégration de zGNR dans un réseau hBN améliore la stabilité des bords et introduit des champs électriques internes, offrant un environnement idéal pour l'étude du magnétisme. SNVM à température ambiante de CIQTEK , les chercheurs Visualisation directe des signaux magnétiques dans les zGNR pour la première fois dans des conditions ambiantes .

Figure 1. Magnetic measurement of zGNRs embedded in a hexagonal boron nitride lattice using the Scanning NV Microscope

Figure 1. Mesure magnétique de zGNR intégrés dans un réseau hexagonal de nitrure de bore à l'aide du microscope à balayage NV

Lors de mesures de transport électrique, les transistors zGNR d'une largeur d'environ 9 nm ont démontré une conductivité élevée et un comportement de transport balistique. Sous champ magnétique, ces dispositifs ont présenté une magnétorésistance anisotrope marquée, avec des variations de résistance atteignant 175 Ω et un rapport de magnétorésistance d'environ 1,3 % à 4 K, persistant jusqu'à 350 K. L'hystérésis magnétique n'est apparue que lorsque le champ magnétique était appliqué perpendiculairement au plan du zGNR, confirmant ainsi l'anisotropie magnétique. L'analyse de la dépendance angulaire de la magnétorésistance a indiqué que les moments magnétiques étaient orientés normalement à la surface de l'échantillon. La diminution de la magnétorésistance avec l'augmentation de la tension source-drain et de la température a révélé des interactions entre la réponse magnétique, le transport de charges et les vibrations thermiques.

Figure 2. Magnetic transport characteristics of a 9 nm-wide zGNR device embedded in hBN

Figure 2. Caractéristiques de transport magnétique d'un dispositif zGNR de 9 nm de large intégré dans du hBN

En combinant l'imagerie SNVM avec la caractérisation du transport, cette étude fournit la première preuve directe du magnétisme intrinsèque des zGNR intégrés dans le hBN et démontre le potentiel de contrôle du comportement magnétique par champ électrique. Ces travaux approfondissent la compréhension du magnétisme du graphène et ouvrent de nouvelles perspectives pour le développement de dispositifs spintroniques à base de graphène.

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CIQTEK invite les chercheurs à découvrir Microscope à balayage NV (SNVM) , un système d'imagerie magnétique à l'échelle nanométrique de pointe doté d'une plage de température de 1,8 à 300 K, d'un champ magnétique vectoriel de 9/1/1 T, d'une résolution spatiale magnétique de 10 nm et d'une sensibilité magnétique de 2 μT/Hz¹ᐟ².

CIQTEK Scanning NV Microscope CIQTEK SNVM : la version ambiante et la version cryogénique

Le SNVM intègre résonance magnétique détectée optiquement (ODMR) basée sur le centre azote-lacune (NV) du diamant avec technologie de balayage par microscopie à force atomique (AFM) Il offre une haute résolution spatiale, une sensibilité magnétique supérieure, une détection multifonctionnelle et des capacités d'imagerie non invasives, ce qui en fait un outil essentiel pour la recherche en Caractérisation des domaines magnétiques, imagerie antiferromagnétique, études de supraconductivité et matériaux magnétiques bidimensionnels .