Les scientifiques ont découvert une nouvelle façon de manipuler des aimants avec des impulsions de lumière laser plus courtes qu'un billionième de seconde.

L'équipe internationale de chercheurs, dirigé par les universités de Lancaster et Radboud, a également identifié la longueur d'onde ou la couleur de la lumière qui permet la manipulation la plus efficace. Le constat est publié dans Lettres d'examen physique .

Les aimants fascinent les gens depuis l'Antiquité, mais jusqu'à il y a cent ans, la compréhension théorique du magnétisme restait très insaisissable. La percée dans la compréhension s'est produite avec le développement de la mécanique quantique et la découverte du fait que chaque électron a un moment ou un spin magnétique intrinsèque.

La vrille peut être vue comme une "aiguille de boussole, " généralement représenté par une flèche indiquant la direction des pôles Nord vers les pôles Sud. Dans les aimants, tous les spins sont alignés dans la même direction par la force appelée interaction d'échange. L'interaction d'échange est l'un des effets quantiques les plus puissants qui est responsable de l'existence même de matériaux magnétiques.

La force de l'interaction d'échange peut être appréciée du fait qu'elle génère des champs magnétiques 10, 000 fois plus fort que le champ magnétique terrestre. Une autre manifestation de sa force est le fait qu'il peut faire tourner les spins avec une période d'un billionième de seconde et même plus rapidement.

Manipuler l'interaction d'échange serait le moyen le plus efficace et finalement le plus rapide de contrôler le magnétisme. Pour arriver à ce résultat, les chercheurs ont utilisé le stimulus le plus rapide et le plus puissant disponible :l'excitation par impulsion laser ultracourte.

Cependant, pour détecter/observer l'effet de la lumière sur le magnétisme, il faudrait un magnétomètre ultrarapide, un appareil capable de tracer la dynamique des spins avec une résolution inférieure à un trillionième de seconde. C'est beaucoup plus rapide que la résolution temporelle de l'électronique moderne.

Mais les auteurs ont trouvé une solution à ce problème, comme l'explique le chercheur principal, le Dr Rostislav Mikhaylovskiy de l'Université de Lancaster :« Les spins oscillent à des fréquences térahertz presque mille milliards de fois plus vite que la fréquence standard de la ligne électrique de 50 Hz. Grâce à ces hautes fréquences d'oscillations, les spins agissent comme des antennes efficaces émettant un rayonnement électromagnétique. En analysant les propriétés du rayonnement émis, nous pouvons extraire des informations sur la dynamique de magnétisation ultrarapide déclenchée par le pilotage optique des forces d'échange."

En variant systématiquement la couleur des impulsions laser d'excitation du rouge au bleu, les scientifiques ont pu identifier la longueur d'onde lumineuse pour laquelle l'effet de la lumière sur le magnétisme est le plus fort.

Le Dr Mikhaylovskiy a déclaré:"Il était très important de voir que l'effet de la lumière sur l'interaction d'échange existe vraiment. En réglant la longueur d'onde ou la couleur de la lumière, nous avons commencé à comprendre comment améliorer cet effet."

Cette découverte passionnante ouvre une nouvelle ligne de recherche à l'Université de Lancaster dirigée par le Dr Mikhaylovskiy. L'étape suivante consiste à réaliser des études systématiques du contrôle ultrarapide du magnétisme dans une large gamme spectrale, comparer les rendements du pompage dans le lointain, gammes moyen infrarouge et visible et ainsi identifier l'approche la plus efficace ainsi que la plus rapide pour la manipulation des spins. À cette fin, un nouveau système laser capable de produire des impulsions laser dans toutes ces gammes de fréquences a été mis en service.