Chercheurs de l'UAB, ICMAB et le synchrotron ALBA, en collaboration avec l'UB et l'ICN2, ont développé une nouvelle technique pour modifier localement les propriétés d'un matériau métamagnétique. La méthode consiste à appliquer une pression locale à la surface du matériau à l'aide d'aiguilles nanométriques et permet une modification beaucoup plus facile et locale que les méthodes actuelles. La recherche ouvre la porte à un contrôle plus précis et plus précis des matériaux magnétiques et permet d'améliorer l'architecture et la capacité des mémoires numériques magnétiques.

Certains dispositifs de mémoire où sont stockées les informations des smartphones et des ordinateurs reposent sur un contrôle très précis des propriétés magnétiques, à l'échelle nanoscopique. Plus ce contrôle est précis, plus ils peuvent avoir de capacité de stockage et de vitesse. Dans certains cas, la combinaison du ferromagnétisme (où le magnétisme de tous les atomes du matériau pointe dans la même direction) et de l'antiferromagnétisme (où le magnétisme des atomes du matériau pointe alternativement dans des directions opposées) est utilisée pour stocker l'information. L'un des matériaux pouvant montrer ces deux arrangements est l'alliage de fer et de rhodium (FeRh), car il montre une transition métamagnétique entre ces deux phases à une température très proche de la température ambiante. En particulier, il peut changer d'état d'antiferromagnétique à ferromagnétique simplement lorsqu'il est chauffé. L'état antiferromagnétique est plus robuste et sécurisé que l'état ferromagnétique, puisqu'il n'est pas facilement altéré par la présence d'aimants à proximité, c'est-à-dire qu'un champ magnétique externe ne peut pas effacer les informations facilement.

Une équipe de chercheurs de l'UAB, l'ICMAB, et le synchrotron ALBA, avec des scientifiques de l'UB et de l'ICN2, ont utilisé une pression mécanique pour modifier cette transition et stabiliser l'état antiferromagnétique. Les chercheurs ont observé qu'en pressant la surface de l'alliage fer-rhodium avec une aiguille de taille nanométrique, l'état magnétique change de manière simple et localisée. En appuyant sur différentes zones du matériau, les chercheurs ont réussi à générer des nano-îlots antiferromagnétiques noyés dans une matrice ferromagnétique, une tâche très difficile avec les techniques actuelles disponibles. Si le processus est répété sur toute la surface de l'alliage, la nouvelle technique peut induire ce changement sur de vastes zones des motifs de dessin du matériau avec une résolution nanoscopique avec des zones aux propriétés magnétiques différentes, générant des structures aussi petites que celles qui peuvent actuellement être réalisées à l'aide de méthodes plus complexes.

Amélioration pour miniaturiser les dispositifs magnétiques

Il s'agit d'une amélioration majeure pour miniaturiser les motifs qui peuvent être construits avec des matériaux magnétiques, une amélioration de la résolution des outils que les ingénieurs utilisent pour concevoir les dispositifs magnétiques de la technologie que nous utilisons quotidiennement. « L'idée est très simple, " explique Ignasi Fina, chercheur à l'Institut des Sciences des Matériaux de Barcelone (ICMAB-CSIC), "dans les transitions de phase, tout ce que vous faites au matériau a un grand impact sur les autres propriétés. Notre alliage a une transition de phase magnétique. Avec une aiguille de taille nanométrique, nous modifions l'ordre magnétique simplement en appuyant sur le matériau. Spécifiquement, il passe de ferromagnétique à antiferromagnétique. Et comme l'aiguille est nanométrique, le changement est à l'échelle nanométrique."

"La nouvelle technique basée sur l'application de pression à l'aide de nanoaiguilles peut permettre la construction de dispositifs nanométriques magnétiques avec des structures beaucoup plus petites et beaucoup plus robustes et sûres que les actuelles, faciliter la fabrication de mémoires magnétiques avec différentes architectures qui améliorent leurs capacités, " dit un chercheur de l'ICREA du département de physique de l'UAB, Jordi Sort.

Il existe d'autres techniques basées sur l'application de tension ou de champs magnétiques intenses pour augmenter la stabilité de la phase antiferromagnétique de l'alliage, mais ils provoquent des changements à grande échelle dans l'ensemble du matériau, qui limitent sa capacité de contrôle et de miniaturisation. L'application d'une pression de manière très localisée offre une précision sans précédent, affectant seulement de petites zones locales à l'échelle nanométrique. En appuyant sur, la température de transition de l'alliage augmente, la température à laquelle son état change, ce qui implique le changement de son aimantation.

Afin de résoudre les changements magnétiques autour d'une indentation individuelle à l'échelle nanométrique, le travail a utilisé la microscopie électronique à photoémission combinée au dichroïsme circulaire magnétique à rayons X sur la ligne de lumière CIRCE-PEEM du synchrotron ALBA. "Nos techniques basées sur la lumière synchrotron permettent de résoudre les changements à très petite échelle, " explique Michael Foerster, scientifique des lignes de lumière à l'ALBA.

Applications dans d'autres domaines

Les applications possibles vont au-delà des matériaux magnétiques. Le fait de modifier les propriétés d'un matériau en appliquant une pression, c'est à dire., en modifiant le volume cellulaire de sa structure cristalline, peut être extrapolée à d'autres types de matériaux. Les chercheurs pensent que cette technique ouvre la porte à une nouvelle façon de nanostructurer les propriétés physiques et fonctionnelles des matériaux, et de mettre en œuvre de nouvelles architectures dans d'autres types de nanodispositifs et microdispositifs non magnétiques.

La recherche a été mise en évidence sur la couverture de la dernière édition de la revue Horizons de matériaux .