Des chercheurs de l'Université de Tohoku ont développé une simulation informatique qui montre que l'utilisation d'impulsions laser ultrarapides pour exciter les électrons dans un matériau magnétique les fait passer dans un état transitoire non magnétique. Cela pourrait réduire le temps nécessaire à la manipulation du magnétisme d'un matériau, l'amélioration des technologies de stockage magnétique et de traitement de l'information.

Stockage des bits, ou des chiffres binaires, d'informations dans les dispositifs de mémoire magnétique nécessite la capacité d'inverser le magnétisme dans un matériau entre ferromagnétique et antiferromagnétique. A l'état ferromagnétique, les spins des électrons dans le matériau s'alignent parallèlement les uns aux autres et tournent dans la même direction, les rendant ainsi que le matériau magnétique. A l'état antiferromagnétique, les spins des électrons s'alignent parallèlement les uns aux autres mais les électrons voisins tournent dans des directions opposées, s'annulant les uns les autres et les rendant ainsi que le matériau dans lequel ils existent pratiquement non magnétiques.

Le stockage rapide de la mémoire nécessite une inversion de rotation rapide. Les chercheurs ont étudié des moyens de le contrôler à l'aide de lasers ultrarapides pour obtenir un stockage de mémoire encore plus rapide. Plus l'impulsion du laser est courte, plus le renversement sera rapide.

Les physiciens de l'Université de Tohoku, Atsushi Ono et Sumio Ishihara, ont développé une approche informatique pour modéliser comment les électrons et leurs spins interagissent les uns avec les autres et réagissent à la lumière laser.

Ils ont découvert que l'exposition d'électrons dans des matériaux ferromagnétiques à une lumière laser continue les rend excités, provoquant des interactions électroniques qui conduisent à un état antiferromagnétique. L'application d'impulsions lumineuses ultrarapides conduit également à passer du ferromagnétisme à l'antiferromagnétisme transitoire, suivi d'une récupération du ferromagnétisme. Lorsque les chercheurs ont appliqué une impulsion laser ultrarapide suivie d'une lumière laser continue, les électrons ont été manipulés dans un état antiferromagnétique qui a ensuite été maintenu par la lumière continue. La suppression de la lumière continue a provoqué la disparition progressive de l'état antiferromagnétique.

Comprendre ces interactions, ainsi que les limites fondamentales de l'inversion de spin, est nécessaire pour le développement futur des dispositifs de mémoire magnétique. La prochaine étape nécessitera des expériences physiques pour tester les prédictions du modèle.

"Les confirmations expérimentales sont indispensables pour établir la présente proposition, " écrivent les chercheurs dans leur étude, qui a été publié dans la revue Lettres d'examen physique . Ono et Ishihara suggèrent des manganites pérovskites et des manganites en couches comme matériaux possibles pour tester leur modèle. Ils suggèrent également une variété de techniques, telles que la diffraction magnétique des rayons X et la spectroscopie de photoémission, pour observer l'état antiferromagnétique transitoire.