Une équipe de scientifiques a découvert le premier exemple robuste d'un nouveau type d'aimant, prometteur pour améliorer les performances des technologies de stockage de données.

Cet aimant "singlet-based" diffère des aimants conventionnels, dans lequel de petits constituants magnétiques s'alignent les uns sur les autres pour créer un champ magnétique puissant. Par contre, l'aimant à base de singulet nouvellement découvert a des champs qui apparaissent et disparaissent, résultant en une force instable, mais aussi une force potentiellement plus flexible que ses homologues conventionnels.

"Il y a beaucoup de recherches ces jours-ci sur l'utilisation des aimants et du magnétisme pour améliorer les technologies de stockage de données, " explique Andrew Wray, professeur assistant de physique à l'Université de New York, qui a dirigé l'équipe de recherche. "Les aimants à base de singulet devraient avoir une transition plus soudaine entre les phases magnétiques et non magnétiques. Vous n'avez pas besoin d'en faire autant pour que le matériau bascule entre les états non magnétiques et fortement magnétiques, ce qui pourrait être bénéfique pour la consommation d'énergie et la vitesse de commutation à l'intérieur d'un ordinateur.

"Il y a aussi une grande différence dans la façon dont ce type de magnétisme se couple aux courants électriques. Les électrons entrant dans le matériau interagissent très fortement avec les moments magnétiques instables, plutôt que de simplement passer par là. Par conséquent, il est possible que ces caractéristiques aident à éliminer les goulots d'étranglement des performances et permettent un meilleur contrôle des informations stockées magnétiquement."

L'oeuvre, publié dans la revue Communication Nature , comprenait également des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory, l'Institut national des normes et de la technologie, l'Université du Maryland, Université Rutgers, le Laboratoire national de Brookhaven, Université de Binghamton, et le Laboratoire national Lawrence Livermore.

L'idée de ce type d'aimant remonte aux années 1960, basé sur une théorie qui contrastait fortement avec ce que l'on savait depuis longtemps sur les aimants conventionnels.

Un aimant typique contient une multitude de minuscules « moments magnétiques » qui sont verrouillés en alignement avec d'autres moments magnétiques, tous agissant à l'unisson pour créer un champ magnétique. L'exposition de cet assemblage à la chaleur éliminera le magnétisme; ces petits moments resteront, mais ils pointeront dans des directions aléatoires, n'est plus aligné.

Une pensée pionnière il y a 50 ans, par contre, a posé qu'un matériau qui manque de moments magnétiques pourrait toujours être un aimant. Cela semble impossible, notent les scientifiques, mais cela fonctionne à cause d'une sorte de moment magnétique temporaire appelé "exciton de spin, " qui peut apparaître lorsque des électrons entrent en collision dans les bonnes conditions.

"Un seul exciton de spin a tendance à disparaître en peu de temps, mais quand tu en as beaucoup, la théorie a suggéré qu'ils peuvent se stabiliser et catalyser l'apparition d'encore plus d'excitons de spin, dans une sorte de cascade, ", explique Wray.

Dans le Communication Nature recherche, les scientifiques ont cherché à découvrir ce phénomène. Plusieurs candidats avaient été retrouvés datant des années 1970, mais tous étaient difficiles à étudier, avec un magnétisme stable uniquement à des températures extrêmement basses.

Grâce à la diffusion de neutrons, diffusion des rayons X, et simulations théoriques, les chercheurs ont établi un lien entre les comportements d'un aimant beaucoup plus robuste, USb2, et les caractéristiques théoriques des aimants à base de singulet.

"Ce matériau avait été une énigme au cours des deux dernières décennies - les façons dont le magnétisme et l'électricité se parlent à l'intérieur étaient connues pour être bizarres et ne commencent à avoir un sens qu'avec cette nouvelle classification, " remarque Lin Miao, un boursier postdoctoral de la NYU et le premier auteur de l'article.

Spécifiquement, ils ont découvert que l'USb2 détient les ingrédients essentiels pour ce type de magnétisme, en particulier une propriété de mécanique quantique appelée "Hundness" qui régit la façon dont les électrons génèrent des moments magnétiques. Il a récemment été démontré que Hundness est un facteur crucial pour une gamme de propriétés mécaniques quantiques, y compris la supraconductivité.