Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-objets

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Résonateurs électro-mécaniques à nanotube de carbone : Vers la mesure d’une nanoparticule magnétique unique

Nous proposons de développer et optimiser des nano-résonateurs électro-mécaniques à base de nanotube de carbone pour la mesure ultra sensible des propriétés magnétiques d’un objet unique de dimensions nanométriques tel une nanoparticule ou un aimant moléculaire. Il s’agira grâce à cette approche nouvelle et originale, de mesurer directement le cycle d’hystérésis magnétique d’objet individuel obtenu par synthèse chimique, portant un faible moment magnétique sur une large gamme de champ magnétique et de température. Cette méthode permettrait de mieux caractériser les grandeurs magnétiques fondamentales comme l’anisotropie, le moment magnétique ainsi que les mécanismes de retournement de l’aimantation. En effet, à ce jour les techniques de mesures magnétiques n’ont pas les sensibilités pour caractériser une nanoparticule unique.


a) Image par microscopie électronique à balayage d’un résonateur à nanotube. Le nanotube est repéré par une flèche. b) Schéma de connexion du nanotube permettant de le mettre en mouvement et de mesurer ses vibrations mécaniques. Sous champ magnétique, la particule de moment magnétique est soumise au couple de force qui déforme le nanotube. c) et d) Calculs théoriques de l’évolution de la fréquence de résonance mécanique (courbe rouge) du nanotube sous champ magnétique. On considère que la particule est mono domaine et que son aimantation tourne de manière cohérente sous champ magnétique (courbe noire).


Les résonateurs à nanotube de carbone (cf Figure a) ont récemment démontré un fort potentiel comme détecteurs ultrasensibles de force/masse [1]. En effet, ils permettent la mesure de la masse de quelques atomes [1,2] à basse température, ce qui surpasse de loin les meilleures micro et nanobalances fabriquées jusqu’à ce jour en technologie silicium.

Pour déterminer les propriétés magnétiques d’une nanoparticule avec un nanotube de carbone, il faut en premier lieu greffer chimiquement la nanoparticule sur le nanotube en utilisant par exemple des techniques d’électrospray (en cours de développement). Ensuite, l’interaction magnétique entre la particule et le champ magnétique est étudiée au travers des propriétés mécaniques du nanotube qui sont modifiées sous champ magnétique (cf figure c et d). Des premières prédictions théoriques ont démontré que les nanotubes permettraient d’atteindre des sensibilités exceptionnelles à basse température de l’ordre du magnéton de Bohr µB.

Références :
- [1] B. Lassagne & col, Nano Lett. 8 , 3735 (2008), B. Lassagne & col, Science, 325, 1107 (2009).
- [2] K. Jensen & col, Nature Nanotech. 3, 533 (2008), Chiu, & col, Nano Letters. 8, 4342 (2008).