Utiliser l'électricité pour faire réagir une molécule magnétique

Depuis des années, les chercheurs ont prédit la possibilité d‘une corrélation entre impulsion électrique et réponse magnétique des molécules organiques. Mais ce qui n’était encore que du domaine de la théorie vient d’être prouvé en pratique par Athanassios Boudalis et ses collaborateurs du projet "CHIRALQUBIT" (http://chiralqubit.eu), réalisé au sein du laboratoire Propriétés optiques et magnétiques des architectures moléculaires (POMAM), dirigé par Philippe Turek.

L’équipe travaille sur des  nano-aimants moléculaires, c’est à dire des molécules manufacturées en laboratoire, d’une taille inférieur au nanomètre, composées d’un centre métallique pour faciliter la réponse magnétique. Si les chercheurs les ont choisies, c’est en partie pour leur taille et pour la capacité qu’elles ont à rester indépendantes. « Ces minuscules molécules, contrairement à de longs segments, peuvent être déplacées et manipulées individuellement. »

Pour illustrer le chercheur donne un petit cours de cuisine : « le sel est une longue molécule composée d’un assemblage d’ions de chlore et de sodium, sous la forme Na--Cl--Na—Cl… etc…Lorsqu’on le dissout dans l’eau, les ions se séparent et deviennent Na+ et Cl-, la molécule de sel change de forme, elle n’est pas le plus petit dénominateur commun. Le sucre au contraire, même dissout, garde sa forme moléculaire. Il a une structure de base qui ne change pas. » De la même manière, les nano-aimants magnétiques fabriqués dans le laboratoire d’Athanassios Boudalis ont cette structure de base, qui les rend plus simples à manipuler et à intégrer à d’éventuels dispositifs, pour une utilisation pratique.

Un travail d'horloger suisse

Une fois ces molécules à centres métalliques mises au point, l’équipe a travaillé à la conception de l’équipement qui permettrait de mesurer la réponse magnétique de si petites molécules. « C’était un vrai travail de bijouterie, tout a été fabriqué à la main. C’est un vrai challenge, d’effectuer des mesures comme celles ci à l’échelle du nanomètre », raconte Athanassios Boudalis.

Mais après plusieurs essais, l’instrumentation parfaite a été trouvée. Les chercheurs ont pu reproduire les conditions de l’expérience déjà avancée par les théoriciens et tester leur hypothèse. Et en effet, ils ont pu mesurer une réponse magnétique suite à l’application d’un courant électrique.

Prochaine étape pour le laboratoire : passer du qualitatif au quantitatif. « Nous savons maintenant qu’il existe une réponse magnétique à l’impulsion électrique sur ces nano-aimants moléculaires. Ce que nous voulons à présent, c’est mesurer la force de cette réaction et mieux comprendre ses variations. »

Le magnétisme appliqué à l'électronique

En spintronique, le magnétisme des électrons peut être utilisé pour orienter leur spin, à la manière de petites toupies. Placés dans un champ magnétique, ils peuvent alors s'orienter parallèlement ou antiparallèlement à ce champ. Si l'on adopte une convention pour associer à chacune de ces directions un « 0 » ou un « 1 », on peut en théorie utiliser les électrons pour réaliser des mémoires en informatique. Pour cela, maîtriser le couplage entre flux électrique et réponse magnétique est essentiel. « L’électrique et le magnétique sont comme les deux faces d’une même pièce : ils sont corrélés et nous voulons exploiter cette corrélation pour réussir à fabriquer des dispositifs électroniques. »

Une découverte fondamentale qui pourrait donc mener à des avancées très concrètes.