Les oxydes de pérovskite de métal de transition présentent plusieurs propriétés souhaitables, y compris la supraconductivité à haute température et l'électrocatalyse. Maintenant, des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo explorent la structure et les propriétés d'un oxyde de pérovskite, PbFeO 3 , en prévision de la distribution de charge inhabituelle et des transitions magnétiques exotiques affichées par de tels systèmes. Ils rapportent deux des transitions magnétiques, avec une transition distinctive au-dessus de la température ambiante et rechercher ses causes, ouvrant des portes à des applications potentielles dans la réalisation de nouveaux dispositifs spintroniques.

L'avènement de l'électronique a révolutionné nos vies à un point tel qu'il est impossible d'imaginer passer notre journée sans compter sur un appareil électronique sous une forme ou une autre. Ce qui est encore plus remarquable, cependant, est que nous pouvons encore améliorer ces dispositifs en exploitant le « spin » de l'électron - une propriété qui fait que l'électron se comporte comme un aimant - pour créer des dispositifs de mémoire qui sont plus rapides et consomment moins d'énergie que l'électronique traditionnelle. Par conséquent, le champ consacré à cette entreprise, appelé à juste titre « spintronique », ' repose sur l'exploitation de "l'état de spin" de l'électron. Cependant, contrôler la rotation peut être extrêmement délicat, un fait qui conduit souvent les scientifiques à rechercher des matériaux avec des états de spin ordonnés.

Leur attention s'est récemment tournée vers les oxydes de pérovskite de métal de transition à base de plomb, une classe de matériaux représentée par PbMO 3 (où le M indique l'ion de métal de transition 3d), qui affichent des transitions de phase assez intéressantes dans les états de spin, ce qui les rend attrayantes pour des applications pratiques.

Dans une étude récente publiée dans Communication Nature , une équipe de scientifiques de Chine, Japon, Taïwan, La Suisse, Allemagne, La France, et nous., examiné l'oxyde de pérovskite PbMO 3 , un composé qui a échappé à l'inspection jusqu'à présent, en raison des difficultés de synthèse des échantillons et de résolution de sa structure cristalline. "La famille pérovskite de PbMO3 présente des distributions de charges complexes et RFeO 3 (R =terre rare) montre plusieurs propriétés intéressantes liées au spin, telles que la réorientation de spin ultrarapide induite par laser, nous nous attendons donc à une distribution de charge similaire et à des transitions d'état de spin riches pour PbMO 3 , " commente le professeur Masaki Azuma de l'Institut de technologie de Tokyo, Japon et le professeur Youwen Long de l'Académie chinoise des sciences, qui a dirigé l'étude.

Par conséquent, l'équipe a étudié la structure, état de charge, et propriétés magnétiques du PbMO 3 à l'aide de diverses techniques de caractérisation et ont étayé leur observation par des calculs de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT).

L'équipe a découvert que PbMO 3 cristallisé dans un état unique "charge-ordonné" dans lequel une couche d'ions Pb2+ était entrelacée par deux couches composées d'un mélange de Pb ²⁺ et Pb ⁴⁺ ions dans un rapport 3:1, dans le sens de l'empilement des couches. Lors du refroidissement de l'échantillon à haute température, l'équipe a observé deux transitions de phase magnétiques distinctes :une transition ferromagnétique faible se produisant à 600 K (327°C) caractérisée par un ordre de spin « antiferromagnétique incliné » (spins voisins dirigés de manière opposée), et une transition de réorientation de spin continue (SR) à 418 K (145°C).

La transition RS, bien que commun dans tous les RFeO 3 pérovskites, s'est démarqué dans ce cas car il s'est produit à une température beaucoup plus élevée par rapport à celles des autres pérovskites, et contrairement aux interactions magnétiques R-Fe habituellement identifiées comme la cause de cette transition, il n'y avait pas d'équivalent dans le cas de PbMO 3 . Pour résoudre l'énigme, les scientifiques se sont tournés vers les calculs DFT, qui a révélé que l'ordre de charge unique dans PbMO 3 conduit à la formation de deux Fe ³⁺ sous-réseaux avec des énergies concurrentes qui, à son tour, causé la transition SR particulière.

L'équipe est ravie de ces découvertes et de leurs implications pour les applications futures. "Notre travail offre une nouvelle voie pour étudier la phase d'ordre des charges et la transition SR distinctive avec des applications potentielles dans les dispositifs spintroniques en raison de la température de transition élevée et du réglage possible, " remarque le chef d'équipe théorique, Pr Hena Das.

Une chose est sûre, nous faisons un pas de plus pour faire de la spintronique la réalité de demain.