Illustration schématique de nanostructures hybrides or-aimant illuminées par un laser (rouge). En raison de l'excitation dépendante de la polarisation de la résonance plasmonique dans la partie en or, les nanoéléments orthogonaux peuvent être chauffés indépendamment. Le moment magnétique des aimants chauds (avant) peut être inversé plus facilement, résultant en une boucle d'hystérésis magnétique entraînée par champ plus étroite (à gauche) par rapport à celle des aimants froids (à droite). Crédit :CIC nanoGUNE
Dans un article récent publié dans Nanoéchelle , des chercheurs du groupe Nanomagnétisme de nanoGUNE ont démontré l'utilisation d'éléments hybrides magnétiques-plasmoniques pour faciliter le contrôle de la température sans contact et sélectif dans les métamatériaux fonctionnels magnétiques.
Par rapport aux systèmes de chauffage globaux actuels, qui sont lents et énergivores, chauffage contrôlé par la lumière utilisant des degrés de liberté optiques tels que la longueur d'onde, polarisation, et la puissance, permet des schémas de chauffage local efficaces pour l'utilisation dans le calcul nanomagnétique ou pour quantifier les phénomènes émergents collectifs dans les systèmes de spin artificiels.
Les aimants nanométriques à domaine unique interagissant via des interactions magnéto-statiques sans contact sont des métamatériaux clés pour des applications telles que les dispositifs de stockage de données magnétiques, traitement de l'information basse consommation, et l'étude des phénomènes collectifs dans les glaces dites artificielles. Ces métamatériaux magnétiques sont fabriqués en utilisant la nanolithographie par faisceau d'électrons où tout arrangement bidimensionnel souhaité d'éléments magnétiques en couche mince avec des dimensions de quelques centaines de nanomètres peut être conçu.
La fonctionnalité de ces métamatériaux magnétiques est déterminée par la capacité d'inverser le moment net de chaque nano-aimant pour minimiser les interactions magnétostatiques mutuelles globales, qui se produit plus rapidement à des températures élevées. Au cours des années, différents schémas de chauffage ont été utilisés pour conduire des réseaux de nano-aimants en interaction à un état d'équilibre, allant du recuit thermique d'aimants stables à la fabrication d'éléments superparamagnétiques ultraminces fluctuant rapidement.
Actuellement, l'excitation thermique des systèmes de spin artificiels est obtenue par contact thermique avec un réservoir chaud, soit en chauffant tout le substrat sous-jacent, ou par un courant électrique dans un fil conducteur à proximité. Toutes ces approches sont énergétiquement inefficaces, spatialement non discriminant, et intrinsèquement lent, avec des échelles de temps de la seconde à l'heure, rendant difficile l'atteinte d'un véritable état d'équilibre dans les réseaux nanomagnétiques frustrés étendus. Par ailleurs, pour la mise en œuvre dans des dispositifs de métamatériaux magnétiques, par exemple. cristaux magnétiques et circuits logiques nanomagnétiques, le chauffage global manque de contrôle, discrimination spatiale, et la vitesse requise pour un fonctionnement intégré avec la technologie CMOS.
En appliquant une approche hybride qui combine un nanochauffeur plasmonique avec un élément magnétique, dans ce travail, les auteurs établissent le contrôle robuste et fiable des températures locales dans les réseaux nanomagnétiques par des moyens optiques sans contact. Ici, le photochauffage assisté par plasmon permet des augmentations de température allant jusqu'à plusieurs centaines de Kelvins, qui conduisent à des inversions de moment activées thermiquement et à une réduction prononcée du champ magnétique coercitif. Par ailleurs, la section efficace d'absorption dépendante de la polarisation des éléments plasmoniques allongés permet un chauffage spécifique au sous-réseau sur des échelles de temps inférieures à la nanoseconde, ce qui n'est pas possible avec les systèmes de chauffage conventionnels. Les auteurs quantifient expérimentalement les propriétés optiques et magnétiques de réseaux d'éléments hybrides simples ainsi que d'assemblages de type vertex, et présenter des stratégies pour atteindre des objectifs efficaces, vite, et contrôle sélectif de l'inversion magnétique thermiquement activée par choix du foyer, puissance de la pompe, polarisation de la lumière, et la durée d'impulsion.
Par conséquent, le développement d'un chauffage optique efficace et non invasif assisté par plasmon des nano-aimants permet un contrôle flexible des échelles de longueur et de temps de l'excitation thermique dans les métamatériaux magnétiques. Cela permet des études plus approfondies des propriétés d'équilibre et des excitations émergentes dans les systèmes de spin artificiels, ainsi que des portes ouvertes pour une utilisation pratique dans des applications telles que le calcul nanomagnétique à faible puissance.
