Des physiciens pionniers de l'Université de Copenhague et de l'Université technologique de Nanyang à Singapour ont découvert un moyen d'obtenir des matériaux non magnétiques pour se rendre magnétiques au moyen de la lumière laser. Le phénomène peut également être utilisé pour conférer à de nombreux autres matériaux de nouvelles propriétés.

Les propriétés intrinsèques des matériaux découlent de leur chimie, des types d'atomes présents et de la manière dont ils sont disposés. Ces facteurs déterminent, par exemple, dans quelle mesure un matériau peut-il conduire l'électricité ou s'il est ou non magnétique. Par conséquent, la voie traditionnelle pour changer ou obtenir de nouvelles propriétés matérielles a été la chimie.

Maintenant, deux chercheurs de l'Université de Copenhague et de l'Université technologique de Nanyang à Singapour ont découvert une nouvelle voie physique pour la transformation des propriétés des matériaux :lorsqu'ils sont stimulés par la lumière laser, un métal peut se transformer de l'intérieur et acquérir subitement de nouvelles propriétés.

"Pour plusieurs années, nous avons cherché comment transformer les propriétés d'une matière en l'irradiant avec certains types de lumière. Ce qui est nouveau, c'est que non seulement nous pouvons modifier les propriétés à l'aide de la lumière, nous pouvons déclencher le matériel pour se changer, à l'envers, et émerger dans une nouvelle phase avec des propriétés complètement nouvelles. Par exemple, un métal non magnétique peut soudainement se transformer en aimant, " explique le professeur agrégé Mark Rudner, chercheur à l'Institut Niels Bohr de l'Université de Copenhague.

Lui et son collègue Justin Song de l'Université technologique de Nanyang à Singapour ont fait la découverte qui est maintenant publiée dans Physique de la nature . L'idée d'utiliser la lumière pour transformer les propriétés d'un matériau n'est pas nouvelle en soi. Mais jusqu'à maintenant, les chercheurs n'ont été capables de manipuler que les propriétés déjà présentes dans un matériau. Donner à un métal sa propre "vie séparée, " lui permettant de générer ses propres nouvelles propriétés, n'a jamais été vu auparavant.

A titre d'analyse théorique, les chercheurs ont réussi à prouver que lorsqu'un disque métallique non magnétique est irradié avec une lumière polarisée linéairement, des courants électriques circulants et donc du magnétisme peuvent émerger spontanément dans le disque.

Les chercheurs utilisent des plasmons (un type d'onde électronique) trouvés dans le matériau pour modifier ses propriétés intrinsèques. Lorsque le matériau est irradié avec de la lumière laser, les plasmons dans le disque métallique commencent à tourner dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse. Cependant, ces plasmons modifient la structure électronique quantique d'un matériau, qui modifie simultanément leur propre comportement, catalyser une boucle de rétroaction. La rétroaction des champs électriques internes des plasmons finit par provoquer la rupture par les plasmons de la symétrie intrinsèque du matériau et déclenche une instabilité vers l'auto-rotation qui fait que le métal devient magnétique.

La technique peut produire des propriétés « à la demande »

Selon Mark Rudner, les nouveaux prix de la théorie ouvrent un tout nouvel état d'esprit et très probablement, une large gamme d'applications :

« C'est un exemple de la façon dont l'interaction entre la lumière et le matériau peut être utilisée pour produire certaines propriétés d'un matériau « à la demande ». Il ouvre également la voie à une multitude d'utilisations, car le principe est assez général et peut fonctionner sur de nombreux types de matériaux. Nous avons démontré que nous pouvons transformer un matériau en aimant. Nous pourrions également le transformer en supraconducteur ou en quelque chose de complètement différent, " dit Rudner. Il ajoute :

"On pourrait appeler ça l'alchimie du XXIe siècle. Au Moyen Âge, les gens étaient fascinés par la perspective de transformer le plomb en or. Aujourd'hui, nous visons à faire en sorte qu'un matériau se comporte comme un autre en le stimulant avec un laser."

Parmi les possibilités, Rudner suggère que le principe pourrait être utile dans des situations où l'on a besoin d'un matériau pour alterner entre un comportement magnétique et non. Il pourrait également s'avérer utile en opto-électronique - où, par exemple, la lumière et l'électronique sont combinées pour l'internet par fibre et le développement de capteurs.

Les prochaines étapes des chercheurs consistent à élargir le catalogue de propriétés qui peuvent être modifiées de manière analogue, et d'aider à stimuler leur recherche expérimentale et leur utilisation.