Une équipe internationale dirigée par des chercheurs de l'Université de technologie de Delft (TU Delft) a réussi à manipuler l'état magnétique d'un matériau magnétique en le secouant optiquement. L'ensemble du processus se déroule dans un laps de temps extrêmement court de moins de quelques picosecondes. En période de ralentissement des tendances d'efficacité de la technologie actuelle, un tel contrôle ultrarapide du magnétisme à commande atomique ouvre de nouvelles perspectives pour les technologies de l'information. Les résultats, qui ont été publiés dans Matériaux naturels , pourrait conduire à terme à des technologies de traitement des données rapides et économes en énergie, qui sont essentiels pour faire face à notre soif de données.

Selon Dick Tracy, célèbre héros de bande dessinée qui a fait ses débuts en 1931, la nation qui contrôle le magnétisme contrôlera l'univers. On peut argumenter que, aujourd'hui, cette idée semble beaucoup plus crédible qu'elle ne l'était à l'époque. Les matériaux magnétiques sont largement utilisés dans la vie moderne, avec des applications allant des aimants de réfrigérateur aux centres de données de Big Tech, qui les utilisent pour stocker des informations.

Réseau cristallin et magnétisme

Notre demande toujours croissante de traitement de données appelle de nouvelles méthodes pour manipuler et contrôler l'état des matériaux magnétiques sur des échelles de temps courtes. Ces matériaux hébergent des milliards de moments magnétiques élémentaires mutuellement alignés, appelé tours, dont la disposition est principalement déterminée par la disposition des atomes dans le réseau cristallin. Par conséquent, la voie la plus naturelle vers le contrôle de l'état magnétique est de changer la configuration cristalline.

Une pression mécanique élevée est normalement requise pour avoir un impact suffisant sur les propriétés magnétiques, ce qui peut être réalisé grâce à l'utilisation d'une grande presse hydraulique. Cependant, l'application d'une contrainte mécanique est intrinsèquement un processus très lent. Une équipe internationale de scientifiques de Delft, Nimègue, Lancastre, Liège et Kiev a maintenant proposé et réalisé expérimentalement une solution élégante à ce problème. Utiliser la lumière pour secouer optiquement un aimant en stimulant par résonance des vibrations atomiques spécifiques du réseau, ils ont réussi à changer son état magnétique.

Une vue artistique du nouvel ordre magnétique qui émerge après avoir secoué optiquement les atomes. Les atomes et spins bleus et rouges bien ordonnés représentent le nouvel ordre magnétique.

Secouer de lumière

"Nous agitons optiquement le réseau d'une orthoferrite dysprosium antiferromagnétique, un aimant qui est constitué de petits moments magnétiques alternés de haut en bas et n'a donc pas de magnétisation nette, contrairement aux aimants de réfrigérateur familiers, " dit Dmytro Afanasiev, chercheur postdoctoral à la TU Delft. Après avoir secoué le cristal pendant une très courte période, les chercheurs ont mesuré l'évolution des propriétés magnétiques. Ils ont constaté que le système magnétique de l'antiferromagnétique change suite à la secousse, telle qu'une magnétisation nette apparaît :pendant une fraction de temps, le matériau devient semblable à un aimant de réfrigérateur de tous les jours.

Surtout, tout cela se produit dans un laps de temps sans précédent de moins de quelques picosecondes (millionième de millionième de seconde). Ce n'est pas seulement des ordres de grandeur plus courts que le temps d'enregistrement dans les disques durs des ordinateurs modernes, mais approche de la limite fondamentale pour le processus de commutation. Cela signifie que les bits magnétiques des futurs disques durs pourraient être écrits très rapidement avec cette nouvelle méthode.

Afanasiev souligne la nécessité d'explorer plus avant cette direction de recherche :"Ces résultats stimuleront d'autres recherches pour explorer et comprendre les mécanismes exacts régissant le contrôle de réseau ultrarapide de l'état magnétique." Andréa Caviglia, professeur associé et chef de groupe de recherche à la TU Delft, ajoute :« Comprendre ce type de science ne nous permettra pas de contrôler l'univers entier, comme le croyait Dick Tracy. Mais cela peut nous permettre de contrôler un coin important et technologiquement influent de celui-ci. »