Le chlorure de chrome et le bromure de chrome étaient connus dans le passé comme des halogénures de métaux de transition avec une magnétisation dans le plan et hors du plan. Des chercheurs du Boston College ont découvert un moyen de fabriquer des halogénures mixtes avec toute la composition entre ces deux paramètres. Le résultat de cette "chimie des halogénures mixtes" était une combinaison de chlorure et de bromure de chrome où les ajustements du rapport chlore/brome peuvent être modifiés en continu. L'équipe a observé un changement continu de magnétisation de l'intérieur du plan à l'extérieur du plan au fur et à mesure qu'elle ajustait le rapport. L'image montre de petits cristaux d'halogénures mélangés de chrome avec différents rapports chlore/brome. Crédit :Fazel Tafti, Collège de Boston
Physiciens, chimistes, et les scientifiques des matériaux ont sondé la nature des matériaux magnétiques en couches pendant plusieurs décennies, à la recherche d'indices sur les propriétés de ces matériaux plus complexes qu'il n'y paraît.
Le matériau en couches ressemble à la structure d'un livre. D'une certaine distance, il ressemble à un objet tridimensionnel solide mais lorsqu'on l'examine de plus près, il est réalisé à partir de l'empilement de nombreux plats, feuilles bidimensionnelles semblables aux pages d'un livre.
Au cours de la dernière décennie, les scientifiques ont poursuivi "l'exfoliation" de matériaux magnétiques en couches, un processus par lequel un matériau est systématiquement clivé jusqu'à ce qu'une seule feuille atomique soit isolée.
Une seule feuille atomique d'un matériau en couches magnétique permet aux chercheurs de fabriquer atomiquement plat, dispositifs magnétiques ultrafins. Par exemple, les scientifiques ont construit des « mémoires magnétiques ultrafines – des feuilles atomiques uniques où les informations sont stockées dans l'orientation directionnelle de l'aimantation des atomes.
L'aimantation d'un matériau en couches est généralement orientée parallèlement ou perpendiculairement au plan des atomes. En d'autres termes, l'aimantation a tendance à pointer soit « dans le plan » soit « hors du plan », indiquant ce qu'on appelle une anisotropie magnétique.
Jusque là, les scientifiques ne connaissaient que les limites dans le plan ou hors du plan de l'anisotropie magnétique. En d'autres termes, la capacité de contrôler l'orientation du magnétisme était définie par les deux seuls paramètres d'anisotropie.
Dans un nouveau rapport en Matériaux avancés , des chercheurs du Boston College démontrent que l'anisotropie magnétique peut être réglée en continu entre les deux limites dans le plan et hors du plan. L'équipe rapporte qu'elle a réalisé cette avancée dans le domaine des dispositifs magnétiques ultrafins en pointant avec succès l'aimantation vers n'importe quelle direction de l'espace au lieu de seulement dans le plan ou hors du plan.
"En plus de la direction de magnétisation, notre équipe a montré que toutes les propriétés de ces matériaux stratifiés, y compris l'absorption de la lumière, distance entre les couches, et la température de transition magnétique peut être contrôlée en continu à n'importe quelle valeur souhaitée, " a déclaré Fazel Tafti, professeur adjoint de physique au Boston College, auteur principal de l'article. "Il s'agit d'un bond en avant dans le réglage des propriétés des matériaux pour l'industrie des dispositifs optiques et magnétiques."
Pour fabriquer le matériel, une équipe dirigée par Tafti et le professeur agrégé de physique du Boston College, Kenneth Burch, a développé une approche de « chimie des halogénures mixtes » où les chercheurs ont combiné différents atomes d'halogénure, comme le chlore ou le brome, autour d'un métal de transition tel que le chrome.
En ajustant la composition relative du chlore par rapport au brome, les chercheurs ont pu ajuster un paramètre interne au niveau atomique connu sous le nom de couplage spin-orbite qui est à l'origine de l'anisotropie magnétique, dit Tafti.
La méthodologie de réglage permet l'ingénierie de la quantité de couplage spin-orbite et l'orientation de l'anisotropie magnétique à un niveau atomique, l'équipe a rapporté.
Tafti a déclaré que l'avancement de ces types de matériaux constituerait la base des dispositifs magnétiques ultraminces de prochaine génération. À l'avenir, ces dispositifs pourraient un jour remplacer les transistors et les puces électriques utilisés aujourd'hui. En raison de leur échelle atomique, Tafti a dit, d'autres avancées réduiront probablement la taille des dispositifs magnétiques, car les capacités permettent de composer des informations magnétiques sur ces feuilles atomiquement plates.
"D'ici, nous continuerons à repousser les frontières des matériaux stratifiés magnétiques en fabriquant des halogénures mixtes de métaux de transition autres que le chrome, " a déclaré Tafti. "Notre équipe a démontré que la chimie des halogénures mixtes ne se limite pas au chrome et peut être généralisée à plus de 20 autres métaux de transition. Le co-leader du projet, Kenneth Burch, essaie d'interfacer artificiellement différentes couches magnétiques afin que les propriétés d'une couche affectent la couche adjacente. De tels métamatériaux peuvent modifier la propagation de la lumière dans une couche en fonction de la direction du magnétisme dans la couche voisine et vice versa, une propriété connue sous le nom d'effet magnéto-optique."
