Les chercheurs du monde entier sont constamment à la recherche de moyens d'améliorer ou de transcender les capacités des appareils électroniques, qui semblent atteindre leurs limites théoriques. Indubitablement, l'un des avantages les plus importants de la technologie électronique est sa vitesse, lequel, quoique élevé, peut encore être dépassée par des ordres de grandeur grâce à d'autres approches qui ne sont pas encore disponibles dans le commerce.

L'utilisation de matériaux antiferromagnétiques (AFM) est un moyen possible de surpasser l'électronique traditionnelle. Les électrons des matériaux AFM s'alignent spontanément de telle sorte que l'aimantation globale du matériau est pratiquement nulle. En réalité, l'ordre d'un matériau AFM peut être quantifié dans ce que l'on appelle le « paramètre d'ordre ». Des études récentes ont même montré que le paramètre d'ordre de l'AFM peut être « commuté » (c'est-à-dire, passé d'une valeur connue à une autre, très rapide) à l'aide de courants lumineux ou électriques, ce qui signifie que les matériaux AFM pourraient devenir les éléments constitutifs des futurs appareils électroniques.

Cependant, la dynamique du processus de commutation d'ordre n'est pas comprise car il est très difficile de mesurer les changements du paramètre d'ordre AFM en temps réel avec une haute résolution. Les approches actuelles reposent sur la mesure de certains phénomènes uniquement lors de la commutation d'ordre AFM et tentent d'obtenir une image complète à partir de là, qui s'est avéré peu fiable pour comprendre en détail d'autres phénomènes plus complexes. Par conséquent, une équipe de recherche dirigée par le professeur Takuya Satoh de Tokyo Tech et des chercheurs de l'ETH Zurich, a développé une méthode pour mesurer en profondeur les changements dans l'ordre AFM d'un YMnO 3 cristal induit par excitation optique (c'est-à-dire à l'aide d'un laser).

Le principal problème auquel les chercheurs se sont penchés était la prétendue « impossibilité pratique » de discerner entre la dynamique des électrons et les changements dans l'ordre de l'AFM en temps réel, qui sont tous deux induits simultanément lorsque le matériau est excité pour provoquer une commutation des paramètres d'ordre et lors de la prise de mesures. Ils ont utilisé une méthode de mesure basée sur la lumière appelée « génération de deuxième harmonique, ' dont la valeur de sortie est directement liée au paramètre de commande AFM, et combiné avec des mesures d'un autre phénomène basé sur la lumière appelé l'effet Faraday. Cet effet se produit lorsqu'un certain type de lumière ou de laser est irradié sur des matériaux commandés magnétiquement; dans le cas de YMnO 3 , cet effet modifie son paramètre d'ordre AFM d'une manière prévisible et bien comprise. C'était la clé de leur approche afin qu'ils puissent séparer l'origine et la nature de plusieurs phénomènes quantiques simultanés qui affectaient différemment les mesures des deux méthodes.

En combinant ces deux méthodes de mesure différentes, les chercheurs ont réussi à caractériser complètement les changements du paramètre d'ordre AFM en temps réel avec une résolution ultrarapide. "L'approche générale proposée nous permet d'accéder à la dynamique des paramètres d'ordre à des échelles de temps inférieures à un trillionième de seconde, " déclare le professeur Satoh. L'approche présentée est cruciale pour mieux comprendre le fonctionnement interne des matériaux antiferromagnétiques. " Un suivi précis et approfondi des variations du paramètre d'ordre est indispensable pour comprendre la dynamique complexe se produisant lors de la commutation ultrarapide et d'autres phénomènes liés à l'AFM , " explique le professeur Satoh. L'outil fourni par les chercheurs devrait maintenant être exploité pour mener plus de recherches et, espérons-le, entraîner le développement d'appareils électroniques révolutionnaires avec des vitesses sans précédent.