L'électronique est basée sur le transport de charges électriques d'un endroit à un autre. Les électrons se déplacent, le courant circule et les signaux sont transmis en appliquant une tension électrique. Cependant, il existe également une autre façon de manipuler les courants et les signaux électroniques :en utilisant les propriétés du spin, le moment magnétique intrinsèque de l'électron. C'est ce qu'on appelle la « spintronique », et c'est devenu un domaine de plus en plus important dans la recherche électronique contemporaine.
Une équipe de recherche internationale impliquant la TU Wien et l’Académie tchèque des sciences a réalisé une avancée importante. Ils ont réussi à inverser les spins dans un matériau antiferromagnétique en utilisant la déformation superficielle. Cela pourrait conduire à une nouvelle ligne de recherche importante dans les technologies électroniques. La recherche est publiée dans la revue Advanced Functional Materials .
"Il existe différents types de magnétisme", explique Sergii Khmelevskyi du Centre de recherche du pôle scientifique de Vienne, TU Wien. "Le plus connu est le ferromagnétisme. Il se produit lorsque les spins atomiques d'un matériau sont tous alignés en parallèle. Mais il existe aussi l'inverse, l'antiferromagnétisme. Dans un matériau antiferromagnétique, les atomes voisins ont toujours des spins opposés." Leurs effets s'annulent donc et aucune force magnétique ne peut être détectée de l'extérieur.
"En 2010, cependant, des scientifiques de la TU Wien et de l'Académie tchèque des sciences ont eu l'idée que de tels matériaux antiferromagnétiques avaient des propriétés prometteuses pour les applications spintroniques", explique Khmelevskyi. Ce fut le début du nouveau domaine de recherche de la « spintronique antiferromagnétique », qui s'est développé rapidement depuis.
Un travail intensif a été réalisé récemment par la TU Wien, l'Institut de physique de l'Académie tchèque des sciences et de l'Ecole Polytechnique (Paris). Le plus grand défi était que les spins des matériaux antiferromagnétiques sont difficiles à manipuler, mais il est crucial de trouver un moyen de les manipuler de manière fiable et précise. Ce n'est que si les états magnétiques peuvent être commutés d'un état à un autre de manière ciblée qu'il devient possible de produire des cellules de mémoire informatique (par exemple, MRAM).
La manipulation des ferromagnétiques est simple :il suffit simplement d’appliquer un champ magnétique externe pour influencer ses propriétés magnétiques internes. Cela n'est pas possible avec les antiferromagnétiques, mais il existe un moyen de s'en sortir :vous pouvez travailler avec des déformations de surface.
Cependant, cela nécessite des types de cristaux très spécifiques. En fonction de la géométrie et de la disposition des atomes dans le cristal, plusieurs arrangements de spins antiferromagnétiques différents peuvent être possibles. Le cristal adopte l'état avec l'énergie la plus basse. Mais il peut s’agir d’une situation dans laquelle plusieurs ordres de rotation différents ont la même énergie. Ce phénomène est appelé « frustration magnétique ». "Dans ce cas, de minuscules interactions, qui autrement ne joueraient aucun rôle, peuvent décider quel état magnétique prendra le cristal", explique Khmelevskyi.
Des expériences avec le dioxyde d'uranium ont montré que les contraintes mécaniques peuvent être utilisées pour comprimer un tout petit peu le réseau cristallin, ce qui est suffisant pour changer l'ordre magnétique du matériau.
"Nous avons maintenant montré que les antiferromagnétiques peuvent réellement être modifiés en utilisant les propriétés de frustration magnétique existant dans de nombreux matériaux connus", explique Khmelevskyi. "Cela ouvre la porte à de nombreux développements passionnants dans le sens de la spintronique antiferromagnétique fonctionnelle."
Plus d'informations : Evgenia A. Tereshina‐Chitrova et al, Commutation induite par la contrainte entre les états antiferromagnétiques dans l'antiferromagnétique frustré UO2 sondé par effet de biais d'échange, Matériaux fonctionnels avancés (2023). DOI :10.1002/adfm.202311895
Fourni par l'Université de technologie de Vienne
