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Quand les aimants travaillent à la chaîne… (le 12/11/2009)

Quand les aimants travaillent à la chaîne… (le 12/11/2009)

Chacun de nous a déjà rencontré un aimant, que ce soit sur la porte de son réfrigérateur ou dans les derniers jeux à la mode pour nos enfants. Cependant, peu de monde réalise la place importante des aimants ou des phénomènes magnétiques associés dans notre société.

Ils sont partout, dans les moteurs électriques, les systèmes de fermeture, nos voitures, nos ordinateurs, nos cartes de crédits, les haut-parleurs de notre home-cinéma favori, nos écouteurs, nos baladeurs MP3, nos téléphones… presque partout… Rappelons qu’un aimant est un système qui, une fois aimanté sous l’action d’un champ magnétique, conserve cette aimantation en absence de champ. Pour le physicien, cette situation est dite métastable, ce qui veut dire que l’aimantation finira bien par disparaître, mais au bout d’un temps très long (ainsi, la durée de vie d’une information stockée sur un disque dur est de l’ordre d’une dizaine d’années).

La plupart de ces aimants sont fabriqués à partir de matériaux inorganiques (oxydes par exemple…) mais demain ils pourraient être remplacés par des matériaux issus de l’ingénierie moléculaire, c’est-à-dire par des objets nanométriques construits quasiment atome par atome, pour se comporter comme un aimant à l’échelle du nanomètre. Ainsi, à la fin des années 90, des molécules, puis au début des années 2000, des fils moléculaires qui possèdent des propriétés d’aimants, sont successivement découverts. Ces deux types d’aimants dits "moléculaires" sont appelés communément molécules-aimants et chaînes-aimants (figure 1).

Figure 1. Exemple de structure d'une chaîne-aimant.

Figure 1. Exemple de structure d’une chaîne-aimant

En 2002, Rodolphe Clérac et Claude Coulon au CRPP, et leurs collaborateurs japonais, ont été parmi les premiers à travailler sur les chaînes-aimants en découvrant les premiers systèmes modèles qui en ont permis une compréhension détaillée [1]. Dans la suite de ces travaux, ils viennent aujourd’hui de montrer expérimentalement et théoriquement qu’il est possible de synthétiser une nouvelle génération d’aimants en contrôlant les interactions magnétiques entre de telles chaînes-aimants [2]. En effet, contrairement à ce qui était communément accepté dans la littérature, la présence d’interactions antiferromagnétiques entre chaînes-aimants, qui stabilisent un ordre tridimensionnel antiferromagnétique, ne détruit pas le comportement d’aimant intrinsèque aux chaînes présentes dans le matériau. Pour la première fois et contrairement à l’idée intuitive, la démonstration est faite que l’on peut obtenir un aimant à partir d’une phase antiferromagnétique.

Cette approche, vérifiée pour les matériaux à base de chaînes-aimants, semble tout à fait généralisable aux molécules-aimants et pourrait ainsi ouvrir de nouvelles voies pour l’obtention d’aimants à haute température et d’applications dans le stockage de l’information à l’échelle moléculaire.

Ces résultats ont été publiés dans la revue Physical Review Letters.

[1] R. Clérac, H. Miyasaka, M. Yamashita, C. Coulon, J. Am. Chem. Soc., vol. 124, pp. 12837-12844 (2002) ; C. Coulon, R. Clérac, L. Lecren, W. Wernsdorfer, H. Miyasaka, Phys. Rev. B, vol. 69, art. no. 132408 (2004) ; C. Coulon, R. Clérac, W. Wernsdorfer, T. Colin, A. Saitoh, N. Motokawa, H. Miyasaka, Phys. Rev. B vol.76, art. no. 214422 (2007).

[2] C. Coulon, R. Clérac, W. Wernsdorfer, T. Colin, H. Miyasaka "Realization of a Magnet Using an Antiferromagnetic Phase of Single-Chain Magnets", Phys. Rev. Lett., vol. 102, art. no. 167204 (2009).