L'énergie nécessaire pour modifier l'orientation magnétique d'un seul atome - qui détermine sa stabilité magnétique et donc son utilité dans une variété d'applications futures de dispositifs - peut être modifiée en faisant varier le couplage électrique de l'atome avec les métaux voisins.

Ce résultat frappant a été publié aujourd'hui dans la revue Nature Nanotechnologie par un groupe international de scientifiques travaillant au London Centre for Nanotechnology (LCN) à l'UCL (Royaume-Uni), le Laboratoire Ibérique de Nanotechnologie (Portugal), l'Université de Saragosse (Espagne), et l'Institut Max Planck de physique des microstructures (Allemagne).

Quiconque joue avec deux aimants peut découvrir comment ils se repoussent ou s'attirent en fonction de l'orientation relative de leurs pôles magnétiques. Le fait que, dans un aimant donné, ces pôles se trouvent le long d'une direction spécifique plutôt que d'être orientés au hasard est connu sous le nom d'anisotropie magnétique, et cette propriété est exploitée dans une variété d'applications allant des aiguilles de boussole aux disques durs.

"Pour les "gros" morceaux de matériau magnétique, " a souligné le Dr Joaquín Fernández-Rossier de l'INL, "L'anisotropie magnétique est déterminée principalement par la forme d'un aimant. Les atomes qui forment le matériau magnétique sont également eux-mêmes magnétiques, et ont donc leur propre anisotropie magnétique. Cependant, les atomes sont si petits qu'il est à peine possible de leur attribuer une forme, et l'anisotropie magnétique d'un atome est généralement contrôlée par la position et la charge des atomes voisins."

A l'aide d'un microscope à effet tunnel, un instrument capable d'observer et de manipuler un atome individuel sur une surface, Les chercheurs du LCN et leurs collègues ont découvert un nouveau mécanisme qui contrôle l'anisotropie magnétique à l'échelle atomique.

Dans leur expérience, l'équipe de recherche a observé des variations spectaculaires de l'anisotropie magnétique des atomes de cobalt individuels en fonction de leur emplacement sur une surface de cuivre recouverte d'une couche isolante atomiquement mince de nitrure de cuivre.

Ces variations étaient corrélées avec de grands changements dans l'intensité d'un autre phénomène - l'effet Kondo - qui résulte du couplage électrique entre un atome magnétique et un métal voisin. A l'aide de modélisations théoriques et informatiques réalisées en Allemagne et au Portugal, les chercheurs ont découvert que, en plus des mécanismes structurels conventionnels, les interactions électroniques entre le substrat métallique et l'atome magnétique peuvent également jouer un rôle majeur dans la détermination de l'anisotropie magnétique.

« Le contrôle électrique d'une propriété qui auparavant ne pouvait être réglé que par des changements structurels ouvrira de nouvelles possibilités importantes lors de la conception des plus petits appareils possibles pour le traitement de l'information, stockage de données, et sentir, " a déclaré le chercheur du LCN, le Dr Cyrus Hirjibehedin.

Contrairement aux mécanismes plus conventionnels, cette contribution à l'anisotropie magnétique peut être réglée électriquement en utilisant le même processus qui pilote de nombreux transistors, l'effet de champ. Ces résultats sont particulièrement opportuns car ils soutiennent les efforts visant à trouver des systèmes de matériaux avec une grande anisotropie magnétique qui sont exempts d'éléments de terres rares, des produits de base rares dont l'exploitation minière a un impact environnemental important.