Les antiferroaimants ont suscité un intérêt important pour les futures technologies informatiques en raison de leur dynamique rapide, leur capacité à générer et détecter des courants électriques polarisés en spin, et leur robustesse contre les champs magnétiques externes. Malgré ces belles perspectives, la disparition de l'aimantation totale dans les antiferromagnétiques rend difficile l'évaluation de leur structure magnétique interne par rapport à leurs homologues ferromagnétiques.

Une compréhension limitée de la structure magnétique interne des matériaux et dispositifs antiferromagnétiques est un obstacle majeur à la manipulation et à l'utilisation efficace des variations de leur état magnétique. Dans un travail qui met en lumière un nouvel ensemble de matériaux antiferromagnétiques, une équipe de recherche internationale dirigée par des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST), le laboratoire de recherche naval des États-Unis, l'Université Johns Hopkins, l'Institut de physique du solide (ISSP), et l'Université de Tokyo ont identifié un antiferromagnétique métallique (Mn 3 Sn) qui présente un grand effet Kerr magnéto-optique spontané (MOKE), malgré une aimantation totale s'évanouissant à température ambiante. Un antiferromagnétique métallique avec un grand MOKE spontané promet d'être un outil essentiel pour les futurs dispositifs de mémoire antiferromagnétique, où l'état du dispositif pourrait être lu optiquement et commuté soit optiquement, soit avec un courant électrique polarisé en spin.

L'effet Kerr magnéto-optique sonde la projection d'aimantation locale sur le vecteur d'onde d'un faisceau lumineux entrant. Dans la plupart des matériaux antiferromagnétiques, les directions de rotation opposées conduisent à une annulation de cet effet, et ainsi on pense que MOKE est inutile pour l'étude des antiferromagnétiques. Comme l'ont démontré les scientifiques de l'équipe internationale, cependant, le métal antiferromagnétique Mn 3 Sn présente un grand MOKE avec un angle de rotation MOKE de 20 milli-degrés à champ magnétique nul, malgré son aimantation proche de zéro, ce qui est en effet comparable aux métaux ferromagnétiques.

Un ordre simple d'un antiferromagnétique est colinéaire, dans lequel les spins voisins au sein d'un domaine antiferromagnétique ont leurs spins alignés de manière antiparallèle, dans laquelle la flèche d'une rotation pointe vers le haut tandis que la rotation adjacente pointe vers le bas. Mn 3 Sn présente un ordre de spin chiral inhabituel, dans laquelle chaque spin est tourné de 120 degrés dans le sens inverse des aiguilles d'une montre par rapport à son voisin dans des ensembles de trois spins centrés sur les sommets d'un triangle équilatéral formé par les atomes de Mn du Mn 3 Sn cristal. Bien qu'il n'y ait aucune magnétisation nette dans les systèmes de spin à 120 degrés colinéaire et non colinéaire - le même que le moment dipolaire nul - une émergence, le moment octupôle non nul est présent dans le système de spin de Mn 3 Sn. Ce moment octupôle interagit avec la lumière de la même manière qu'un ferromagnétique et donne naissance au grand MOKE en Mn 3 Sn.

L'équipe de recherche internationale, dont les scientifiques du NIST Daniel Gopman et Robert Shull, et les chercheurs de l'U. Tokyo Tomoya Higo et Satoru Nakatsuji, rapporter leurs conclusions le 26 janvier numéro 2018 de Photonique de la nature .

Le MOKE en Mn 3 Sn permet l'imagerie en temps réel des domaines magnétiques. En utilisant la microscopie MOKE, les chercheurs démontrent pour la première fois le processus d'inversion de domaine dans Mn 3 Sn. Cette découverte indique que l'effet Kerr observé pourrait bien être utile non seulement pour l'étude de la dynamique des domaines antiferromagnétiques mais aussi pour lire à distance les informations stockées magnétiquement dans l'antiferromagnétique. Les recherches en cours visent à développer les conditions de traitement pour produire des couches minces et du Mn à l'échelle nanométrique 3 Sn avec les propriétés magnétiques avantageuses découvertes dans les monocristaux en vrac.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du NIST. Lisez l'histoire originale ici.