Nanochaînes magnétiques - Propriétés, élaboration et perspectives

Les assemblages hiérarchisés de matériaux magnétiques ont suscité un grand intérêt en raison de leurs structures uniques, leurs propriétés physiques particulières et les applications technologiques potentielles. En particulier, les assemblages magnétiques unidimensionnels (1D) de nanoparticules (NP) ont été un axe de recherche particulièrement actif ces dernières années, aussi bien d'un point de vue théorique qu'expérimental. En comparaison avec les NP de dimension zéro ou NP dites « individuelles », les nanochaînes de NP 1D présentent des propriétés magnétiques exacerbées et fournissent des fonctionnalités de surface alignées et parallèles, appropriées pour différents secteurs technologiques, notamment dans le domaine médical et environnemental.

L'objectif de cet article est de réaliser une étude bibliographique approfondie de l'état de l'art concernant les assemblages unidimensionnels de NP magnétiques individuelles. Nous rappelons, dans une première section, quelques caractéristiques essentielles des NP magnétiques et l'importance des modélisations mettant en jeu des systèmes de particules présentant des interactions dipolaires. Ces interactions sont à l'origine des effets collectifs dans les assemblées de NP magnétiques, du fait de leur longue portée, et permettent d'expliquer dans certains cas la formation de chaînes. Ainsi, au-delà d'une investigation d'ordre fondamental des différents processus, une bonne compréhension des effets dipolaires peut présenter également un caractère prédictif. Dans une seconde section, nous présentons les différentes stratégies expérimentales qui ont été développées ces dernières années pour obtenir ces organisations : l'autoassemblage dipolaire dirigé, l'assemblage induit par un champ magnétique, ou la synthèse assistée par l'utilisation d'un « moule chimique » (ou template), l'assemblage chimique de particules présentant deux fonctionnalités différentes ou encore des méthodes physiques telles que l'extrusion électro-assistée (electrospinning) ou utilisant les systèmes de microfluidique. Parmi toutes ces stratégies, certaines peuvent être combinées, notamment l'utilisation d'un champ magnétique qui peut aider à diriger la formation de chaînes dans toutes les stratégies envisagées. La dernière partie de l'article présente les différentes applications de ces nanochaînes, notamment dans le domaine des sciences de la vie et de l'environnement.