Au labo, une tension fait glisser le graphène et bascule son magnétisme

Le graphite et le diamant sont constitués des mêmes atomes de carbone, pourtant l'un est tendre et sombre, l'autre dur et transparent. La différence tient à la façon dont les atomes sont disposés. Modifier cette disposition dans un matériau implique généralement de rompre des liaisons chimiques solides puis de les reconstruire, un processus lent et gourmand en énergie qui exige des pressions et des températures élevées.

À Cornell, le laboratoire de Kenji Yasuda, professeur assistant à l'École de physique appliquée et d'ingénierie, a testé une autre voie. L'équipe, dirigée sur les expériences par le doctorant Daniel Brandon, a travaillé sur un empilement de quatre couches de graphène, un matériau d'un seul atome d'épaisseur formé d'atomes de carbone disposés en motif hexagonal. Leur étude a été publiée le 14 octobre dans Nature Nanotechnology.

Tout se joue dans les liaisons entre les couches. Il s'agit de liaisons de van der Waals, bien plus faibles que celles qui unissent les atomes au sein de chaque couche. L'application d'une tension a fait glisser les couches les unes sur les autres, un mouvement que les chercheurs appellent glissement. L'empilement est passé de la disposition la plus courante et la plus stable, dite de Bernal, non magnétique, à une disposition plus rare et moins stable, dite rhomboédrique, associée au magnétisme, à la supraconductivité et à d'autres phénomènes quantiques exotiques. Yasuda décrit l'objectif comme la recherche d'un moyen de modifier la structure d'un matériau qui soit plus efficace et encore utile pour la technologie.

Les chercheurs soulignent une particularité : le changement est non volatil. Une fois le matériau dans le nouvel état, il y reste, ce qui amène Brandon à qualifier ce glissement de forme de mémoire. L'équipe affirme que le changement peut être inversé par la tension et que le matériau passe d'un état à l'autre de façon assez régulière. L'étude ne précise pas combien de cycles de commutation le dispositif supporte, ni son comportement hors du laboratoire.

Pour les chercheurs en matériaux, le résultat offre un levier qui fonctionne par voie électrique plutôt que par une pression ou une chaleur extrêmes, et Yasuda estime qu'il pourrait s'étendre au-delà du magnétisme, à la supraconductivité et à d'autres états quantiques. Des applications comme la mémoire non volatile restent une perspective évoquée par les auteurs, et non un produit. L'étude ne donne ni calendrier ni dispositif, et la démonstration reste, pour l'heure, un empilement de quatre couches de graphène en laboratoire.