Matériaux magnétiques auto-assemblés basés sur des nouveaux paradigmes – SMARAGD

Nos derniers résultats expérimentaux et calculs prouvent que le paramagnétisme des nanoparticules d'or est de nature orbitale et résulte de la circulation des électrons de conductions en courants persistents sous l'influence de champs magnétiques externes.
En outre, lorsque les nanoparticules sont organisées en réseaux 3D réguliers les courants persistents peuvent devenir auto-entretenus, ce qui conduit au ferromagnétisme. Jusqu'à une taille de particule d'environ 20nm de diamètre, l'aimantation persiste facilement au delà de la température ambiante. Sur la base de ces observations, nous pensons qu'une grande majorité de nanoparticules conductrices peut développer un moment magnétique à cause de ces courants permanents (persistent currents). Des matériaux magnétiques non-conventionnels pourraient par conséquent être fabriqués par auto-assemblage de nanoparticules, en ne faisant aucun usage ou un usage limité d'éléments 3d ou 4f, ce qui est sans précédent.
Nous proposons ce projet innovant et non-conventionnel qui vise à totalement comprendre ce phénomène de courants persistents et à synthétiser des matériaux magnétiques totalement innovants. Notre stratégie ouvre de nouvelles routes dans les domaines du magnétisme, du stockage et du traitement de l'information :
1 - il n'existe aujourd'hui aucun matériau magnétique fabriqué à partir d'éléments nanométriques auto-assemblés et ne faisant pas usage d'éléments magnétiques (3d ou 4f). Notre approche est inédite et basée sur de nouveaux paradigmes.
2 - nous avons des données préliminaires établissant que des réseaux mésomorphes 3D de nanoparticules non-magnétiques (Au ou Ag) sont para- ou ferro-magnétiques au delà de la température ambiante. Le concept peut être étendu à des métaux non-nobles. La participation de chimistes, de physiciens et de théoriciens est un atout pour le succès de ce programme.
3 - d'un point de vue économique, on peut immédiatement envisager des applications pour ces matériaux telles que de nouveaux matériaux paramagnétiques léger non-saturables et avec peu de pertes, de nouveaux matériaux ferromagnétiques sans terres rares, des aimants adressables électriquement ou optiquement, des métamatériaux optiques.
Le développement de matériaux magnétiques avancés ne faisant aucun usage ou un usage réduit de matières premières critiques est aujourd'hui très âprement étudié (cf. EU H2020 FET work programme). La modulation périodique de la perméabilité magnétique et de la permittivité diélectrique qui émergera naturellement dans nos matériaux en fait d'excellents candidats pour fabriquer des métamatériaux, avec des applications en rupture totale avec l'état de l'art dans les domaines de l'optique ou de la communication.
Mieux comprendre la persistence d'effet quantiques à température ambiante dans des structures nanométriques ouvrira des perspectives impressionnates dans le domaine des calculateurs quantiques.
4 - le groupe de travail réuni pource projet rassemble des scientifiques ayant des expertises en chimie de synthèse, matériaux auto-assemblés, études en champ proche et magnétisme moléculaire. De fortes interactions existent déjà avec des physiciens mésoscopistes, conduits par R.A. Jalabert qui a publié des travaux faisant référence dans le domaine du magnétisme orbital. Le projet bénéficiera aussi directement des résultats qui seront obtenus par le travail de G. Weick (ANR JCJC Q-METAMAT) dont le programme englobe une grande partie de la physique sous-jacente. Le succès de ce projet résultera par conséquent de la collaboration synergique de plusieurs scientifiques, tous membres du même institut. Chacun des PIs impliqué a publié des travaux originaux dans des journaux à haut facteur d'impact et a prouvé son expertise à coordonner des projets scientifiques ou à en être partenaire.