Représentation de l'antiferromagnétique CoF
Les matériaux magnétiques ont été un pilier de la technologie informatique en raison de leur capacité à stocker en permanence des informations dans leur état magnétique. Les technologies actuelles sont basées sur des ferroaimants, dont les états peuvent être facilement inversés par les champs magnétiques. Plus rapide, plus dense, et des dispositifs de nouvelle génération plus robustes seraient rendus possibles en utilisant une classe de matériaux différente, appelés antiferromagnétiques. Leur état magnétique, cependant, est notoirement difficile à contrôler.
Maintenant, une équipe de recherche du MPSD et de l'Université d'Oxford a réussi à amener un antiferromagnétique prototype dans un nouvel état magnétique à l'aide d'une lumière à fréquence térahertz. Leur méthode révolutionnaire a produit un effet de plusieurs ordres de grandeur plus important que celui obtenu auparavant, et sur des échelles de temps ultrarapides. Les travaux de l'équipe viennent d'être publiés dans Physique de la nature .
La force et la direction du « pôle nord » d'un aimant sont indiquées par sa soi-disant magnétisation. Dans les ferromagnétiques, cette aimantation facilement réversible peut représenter un "peu" d'information, ce qui en a fait les matériaux de choix pour les technologies à base d'aimants. Mais les ferroaimants sont lents à fonctionner et réagissent aux champs magnétiques parasites, ce qui signifie qu'ils sont sujets aux erreurs et ne peuvent pas être emballés très étroitement ensemble.
Les antiferromagnétiques représentent une alternative intéressante. Contrairement aux ferroaimants, ils n'ont pas d'aimantation macroscopique, car ils sont constitués d'une alternance de "moments magnétiques" pointés vers le haut et vers le bas, ' comme des barres magnétiques de taille atomique qui changent de direction d'un atome à l'autre. Ils ne sont pas fortement affectés par les champs magnétiques, ce qui les rend robustes pour le stockage d'informations et leur permet d'être mis à l'échelle à des tailles beaucoup plus petites. En outre, ils pourraient répondre plus rapidement que les appareils actuels, avec des fréquences allant jusqu'à plusieurs térahertz. Le défi pour les chercheurs est de trouver des moyens de modifier de manière fiable l'état magnétique d'un antiferromagnétique.
Dans leur nouveau papier, l'équipe de recherche MPSD/Oxford a suivi une nouvelle approche, étudier comment l'état magnétique d'un antiferromagnétique est affecté par sa structure cristalline. Ils ont exploité une propriété de certains antiferromagnétiques appelée piézomagnétisme, où un changement dans la structure atomique conduit à une aimantation, comme dans un ferromagnétique. Ce changement est généralement obtenu en appliquant une pression uniaxiale, mais il s'agit d'un processus lent qui peut casser le cristal.
Au lieu de la pression, l'équipe a utilisé la lumière pour contrôler l'effet piézomagnétique dans le CoF
Cette technique innovante a permis aux chercheurs de créer une magnétisation 400 fois plus grande qu'auparavant. Étonnamment, il n'a fallu que 100 ps environ pour que l'aimantation se développe et la direction de l'aimantation pouvait être inversée en changeant la polarisation de la lumière. Les résultats représentent une avancée majeure dans le contrôle optique des propriétés des matériaux.
L'auteur principal, Ankit Disa, a déclaré :« Cette expérience a été la première démonstration de l'ingénierie « rationnelle » ou « intentionnellement » d'une structure cristalline avec de la lumière. Nous savions quel type de distorsion structurelle était nécessaire pour créer une transition de phase d'un antiferromagnétique à un ferromagnétique. L'astuce était de comprendre comment utiliser la lumière pour conduire le matériau dans cette nouvelle structure cristalline. »
Andrea Cavalleri, qui a dirigé l'équipe expérimentale au MPSD et est impliquée dans le pôle d'excellence CUI :Advanced Imaging of Matter, voit un vaste potentiel dans l'utilisation de la lumière pour contrôler les propriétés des matériaux :« Cette technique pourrait conduire à des commutateurs optomagnétiques, par exemple, pour faire des souvenirs qui pourraient être écrits et lus par la lumière. Plus fondamentalement, nous avons maintenant les outils et la compréhension pour concevoir optiquement la structure des matériaux à l'échelle atomique, qui peut être appliqué pour manipuler les fonctionnalités dans de nombreux types de systèmes, des aimants aux ferroélectriques en passant par les supraconducteurs."
