Lorsque vous amincissez les fils conducteurs, leur résistance électrique augmente. C'est la loi d'Ohm, et c'est généralement vrai. Une exception importante concerne les températures très basses, où la mobilité des électrons augmente lorsque les fils deviennent si fins qu'ils sont effectivement bidimensionnels. Maintenant, des physiciens de l'Université de Groningue, en collaboration avec des collègues de l'Université de Brest, ont observé que quelque chose de similaire se produit avec la conductivité des magnons, des ondes de spin qui traversent des isolateurs magnétiques, un peu comme une onde à travers un stade. L'augmentation de la conductivité a été spectaculaire et s'est produite à température ambiante. Cette observation a été publiée dans Nature Materials le 22 septembre.

Les électrons ont un moment magnétique, appelé spin, qui a une valeur "haut" ou "bas". Il est possible d'accumuler un type de spin en envoyant un courant à travers un métal lourd, tel que le platine. Lorsque ces spins portés par les électrons rencontrent l'isolant magnétique YIG (grenat de fer et d'yttrium), les électrons ne peuvent pas le traverser. Cependant, à l'interface avec YIG, l'excitation de spin est transmise :les magnons (qui peuvent aussi être porteurs de spin) sont excités. Ces ondes de spin traversent l'isolant magnétique comme une onde dans un stade :aucun des électrons (les "spectateurs") ne bouge de leur place, mais ils transmettent néanmoins l'excitation de spin. Au niveau de l'électrode du détecteur, le processus inverse se produit :les magnons font des spins électroniques, qui produisent ensuite une tension électrique qui peut être mesurée, explique Bart van Wees, professeur de physique appliquée à l'Université de Groningue et spécialiste de domaines tels que la spintronique.

Motivé par l'augmentation de la mobilité des électrons dans les matériaux 2D, son groupe a décidé de tester le transport de magnon dans des films YIG ultrafins (nanomètres). "Ces films ne sont pas strictement des matériaux 2D, mais lorsqu'ils sont suffisamment fins, les magnons ne peuvent se déplacer qu'en deux dimensions", explique Van Wees. Les mesures, effectuées par Ph.D. Xiangyang Wei, étudiant, a produit un résultat surprenant :la conductivité de spin a augmenté de trois ordres de grandeur, par rapport au matériau en vrac YIG.

Effets dramatiques

Les scientifiques n'utilisent pas des termes comme "géant" à la légère, mais dans ce cas, c'était pleinement justifié, dit Van Wees. "Nous avons rendu le matériau 100 fois plus fin et la conductivité du magnon a été multipliée par 1 000. Et cela ne s'est pas produit à basse température, comme cela est nécessaire pour une mobilité électronique élevée dans les conducteurs 2D, mais à température ambiante." Ce résultat était inattendu et, jusqu'à présent, inexpliqué. Van Wees :"Dans notre article, nous donnons une explication théorique provisoire basée sur la transition du transport de magnon 3D à 2D. Mais cela ne peut pas expliquer complètement les effets dramatiques que nous observons."

Alors, que pourrait-on faire avec cette conduction magnon géante ? "Nous ne le comprenons pas", dit Van Wees. "Par conséquent, nos affirmations actuelles sont limitées. Cela permet des recherches qui pourraient ouvrir la voie à une physique nouvelle mais non découverte. À long terme, cela pourrait également produire de nouveaux appareils." Le premier auteur Xiangyang Wei ajoute :"Parce qu'il n'y a pas de transport d'électrons, les ondes magnon ne produisent aucune dissipation thermique conventionnelle. Et la production de chaleur est un gros problème dans les appareils électroniques de plus en plus petits."

Supraconductivité

Et comme les magnons sont des bosons (c'est-à-dire qu'ils ont des valeurs quantiques de spin entières), il pourrait être possible de créer un état cohérent comparable à un condensat de Bose-Einstein. Van Wees :"Cela pourrait même produire une supraconductivité de spin." Tout cela est pour l'avenir. Pour l'instant, la conductance du magnon géant dans YIG est bien documentée. "Les mesures sont claires. Nous attendons avec impatience une bonne collaboration des physiciens théoriciens et des expérimentateurs." + Explorer plus loin

Transistor à onde de spin pratique un pas de plus