Les spins électroniques sont des propriétés fondamentales des électrons qui déterminent leur comportement magnétique. Dans des matériaux tels que l’oxyde de nickel, les spins électroniques interagissent avec le réseau cristallin, donnant lieu à divers phénomènes magnétiques. Comprendre comment ces interactions se produisent est crucial pour concevoir de nouveaux matériaux destinés au stockage de données magnétiques et à d’autres applications.
Aujourd'hui, une équipe de chercheurs dirigée par le laboratoire national Lawrence Berkeley du ministère de l'Énergie (Berkeley Lab) a réalisé une percée dans la compréhension de la manière dont les spins électroniques interagissent avec le réseau cristallin de l'oxyde de nickel. Leurs découvertes, publiées dans la revue Nature Communications, constituent une base pour comprendre et concevoir de nouveaux matériaux pour le stockage de données magnétiques.
"Notre étude révèle les détails microscopiques de la manière dont les spins électroniques interagissent avec le réseau de l'oxyde de nickel", a déclaré l'auteur principal Yimei Zhu, chercheur postdoctoral à la division des sciences des matériaux du laboratoire de Berkeley. "Cette compréhension est essentielle pour la conception rationnelle de nouveaux matériaux dotés des propriétés magnétiques souhaitées."
Les chercheurs ont utilisé une combinaison de techniques expérimentales, notamment la diffusion des neutrons et la spectroscopie d'absorption des rayons X, pour étudier les excitations magnétiques dans l'oxyde de nickel. Ils ont découvert que les spins des électrons interagissent avec le réseau de deux manières différentes :par l’interaction d’échange et par l’interaction spin-orbite.
L'interaction d'échange est une interaction magnétique entre deux électrons qui résulte du principe d'exclusion de Pauli. L'interaction spin-orbite est un effet relativiste qui résulte de l'interaction entre le spin de l'électron et son mouvement.
Les chercheurs ont découvert que l’interaction d’échange est l’interaction dominante dans l’oxyde de nickel. Cependant, l’interaction spin-orbite joue également un rôle important dans la détermination des propriétés magnétiques du matériau.
"Notre étude fournit une compréhension complète de la façon dont les spins électroniques interagissent avec le réseau de l'oxyde de nickel", a déclaré l'auteur principal Junjie Zhang, scientifique à la division des sciences des matériaux du laboratoire de Berkeley. "Cette compréhension nous permettra de concevoir de nouveaux matériaux dotés de propriétés magnétiques adaptées à un large éventail d'applications, telles que le stockage de données magnétiques, la spintronique et l'informatique quantique."
Outre Zhu et Zhang, les autres chercheurs impliqués dans l'étude comprennent :Wenbin Wang, Xiangli Peng et Xiao Zhang du Berkeley Lab ; et Robert J. Cava de l'Université de Princeton.
Cette recherche a été soutenue par le Bureau des sciences du DOE, Bureau des sciences énergétiques fondamentales, Division des sciences des matériaux et de l'ingénierie, dans le cadre du contrat n° DE-AC02-05CH11231. L'accès à la ligne de lumière Advanced Light Source 12.3.2 a été fourni par le Bureau des sciences du DOE, Bureau des sciences de l'énergie de base. Des expériences de diffusion de neutrons ont été réalisées à la Spallation Neutron Source (SNS), une installation utilisateur du DOE Office of Science exploitée par le Oak Ridge National Laboratory.
