D'énormes efforts sont déployés dans le monde entier dans un domaine technologique qui pourrait largement dépasser les capacités de l'électronique conventionnelle :la spintronique. Au lieu de fonctionner sur la base du mouvement collectif de particules chargées (électrons), les dispositifs spintroniques pourraient effectuer le stockage de mémoire et la transmission de données en manipulant le spin, une propriété intrinsèque des particules élémentaires liée au moment cinétique et dont découlent de nombreuses caractéristiques magnétiques des matériaux. Malheureusement, contrôler la rotation s'est avéré être une entreprise difficile, amener les physiciens et les ingénieurs à rechercher des matériaux et des techniques efficaces pour le faire.

À cet égard, Les matériaux antiferromagnétiques (AFM) sont de bons candidats pour la spintronique car ils sont résistants aux champs magnétiques externes et permettent de changer les valeurs de spin dans des échelles de temps de la picoseconde. Une stratégie prometteuse pour manipuler l'orientation du spin dans les AFM consiste à utiliser un laser optique pour créer des impulsions de champ magnétique à durée de vie extrêmement courte, un phénomène connu sous le nom d'effet Faraday inverse (IFE). Bien que l'IFE dans les AFM génère deux types de couple (force de rotation) bien distincts sur leur aimantation, il semble maintenant que le plus important des deux a été en quelque sorte négligé dans la recherche.

Dans une étude récente publiée dans Communication Nature , un trio de scientifiques, dont le professeur Takuya Satoh du Tokyo Tech, Japon, approfondi cette question. La dynamique de spin dans les AFM est décrite par une somme de deux termes :le couple de type champ et le couple de type amortissement. Le dernier, comme le mot "amortissement" l'implique, est liée à la décroissance progressive (ou à la disparition) des oscillations de spin déclenchées par les impulsions optiques sur le matériau.

Jusqu'à maintenant, les scientifiques ont étudié le couple de type amortissement uniquement du point de vue de la relaxation de spin après excitation, croire que son amplitude est faible pendant le processus d'excitation de spin ultracourt. Dans cette étude, cependant, Le professeur Satoh et ses collègues l'ont trouvé, dans certains cas, l'acteur principal en termes de réorientation de spin due à l'IFE. Grâce à des analyses théoriques et à des vérifications expérimentales à la fois dans YMnO3 et HoMnO3, ils ont clarifié les conditions dans lesquelles l'effet d'amortissement devient le mécanisme d'excitation de spin dominant.

Une interprétation simplifiée des résultats peut être la suivante. Imaginez un pendule suspendu (sens d'aimantation) oscillant en arcs larges, dessinant une ellipse très prononcée. Le couple de type amortissement produit une grande perturbation instantanée dans la direction du petit diamètre, « l'incliner » et la faire pencher comme une toupie sur le point de tomber. "L'aimantation par ailleurs faible liée à l'amortissement provoque une grande inclinaison de spin en raison de l'extrême ellipticité inhérente aux AFM, " explique le Pr Satoh. " Considérant qu'il est possible d'ajuster la force de l'amortissement en sélectionnant stratégiquement les ions dans l'AFM, nous avons peut-être trouvé un moyen d'ajuster les propriétés des matériaux pour des applications spintroniques spécifiques, " il ajoute.

Le trio de scientifiques a également testé comment la dynamique de spin est influencée par la température, qui affecte et même détruit l'ordre antiferromagnétique au-delà de certains seuils. En plaçant les matériaux à proximité des points de transition critiques, ils ont réussi à produire un effet plus prononcé du couple de type amortissement. Enthousiasmé par les résultats, Le professeur Satoh remarque :"Nos résultats indiquent que les couples générés optiquement pourraient fournir l'outil recherché depuis longtemps permettant la réalisation efficace d'une commutation de spin ultrarapide dans les AFM."

Bien que beaucoup plus de recherches soient certainement nécessaires avant que la spintronique appliquée ne devienne une réalité, découvrir des mécanismes efficaces pour la manipulation de spin est évidemment parmi les premières étapes. Cette étude prouve que de tels mécanismes pourraient être cachés dans des phénomènes que nous connaissons et négligeons !