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  • Lumière brillante sur les aimants bidimensionnels

    Une vue artistique des spins magnétiques dans l'aimant bidimensionnel. Tous les spins oscillent en phase, à haute fréquence, en réponse à l'impulsion lumineuse. Crédit :TU Delft

    Les aimants van der Waals atomiquement minces sont largement considérés comme le support compact ultime pour le futur stockage de données magnétiques et le traitement rapide des données. Contrôler l'état magnétique de ces matériaux en temps réel, cependant, s'est avéré difficile. Mais maintenant, une équipe internationale de chercheurs dirigée par l'Université de technologie de Delft (TU Delft) a réussi à utiliser la lumière afin de modifier l'anisotropie d'un antiferromagnétique de van der Waals à la demande, ouvrant la voie au nouveau, moyens de stockage de données extrêmement efficaces.

    Les fines couches atomiques qui composent les aimants de van der Waals peuvent sembler extrêmement fragiles, mais ils peuvent être environ 200 fois plus résistants que l'acier. Malheureusement, cette résistance mécanique ne se traduit pas nécessairement par de fortes propriétés magnétiques. La raison en est que, en deux dimensions, l'ordre magnétique de ces aimants devient particulièrement vulnérable à la chaleur. Toute température supérieure au zéro absolu (-273 °C) active des fluctuations aléatoires dans l'orientation des spins microscopiques, ce qui peut complètement effondrer l'ordre magnétique. Donc jusqu'à ce que nous puissions contrôler leur état magnétique, les promesses des aimants atomiquement minces ne sont que cela :des promesses.

    Contrôler le magnétisme

    La seule façon de contrer les agitations thermiques est de coller des spins magnétiques plus dans certaines directions du matériau que dans d'autres. Ou, comme l'appellent les physiciens :induire une anisotropie magnétique. Cela rend plus difficile pour les spins de changer leur orientation, soulevant ainsi leur température de commande (connue sous le nom de température de Curie) bien au-dessus du zéro absolu. Contrôler l'anisotropie dans les aimants de faible dimension, en d'autres termes, ouvre une voie directe pour contrôler leur température de commande et donc le magnétisme lui-même.

    Dans leur étude, l'équipe internationale, composé de chercheurs des Pays-Bas, l'Espagne et l'Ukraine, utilisé des impulsions lumineuses ultracourtes, un billion de fois plus court qu'une seule seconde, pour induire l'anisotropie magnétique dans un antiferromagnétique de van der Waals bidimensionnel. Pourquoi utiliser la lumière ? "Parce que c'est un bouton de commande très pratique, " explique le Dr Andrea Caviglia. " Vous pouvez simplement et rapidement l'allumer et l'éteindre et donc manipuler l'anisotropie à la demande, c'est exactement ce dont nous avons besoin si nous voulons commencer à utiliser ces matériaux pour un stockage efficace des données."

    Accorder la couleur

    En variant systématiquement la couleur de la lumière du visible au proche infrarouge, les scientifiques ont également découvert que tous les types de lumière ne peuvent pas générer une anisotropie magnétique. Pour induire cette propriété, la couleur de la lumière doit correspondre à l'énergie requise pour changer l'état orbital de l'électron. C'est-à-dire :changer la façon dont l'électron tourne autour d'un noyau chargé positivement. Comme le spin de l'électron et son mouvement orbital sont étroitement liés, les excitations lumineuses induisent une anisotropie, ce qui se traduit par un mouvement d'onde de spin bidimensionnel. "Ce mouvement est cohérent - l'ensemble des spins se déplace en phase à hautes fréquences, " dit Jorrit Hortensius, un doctorat étudiant à la TU Delft. "C'est une solution élégante et en même temps pratiquement universelle pour manipuler l'anisotropie magnétique dans pratiquement n'importe quel aimant bidimensionnel."

    Dans cette expérience de démonstration de principe, l'équipe a montré que l'anisotropie peut être photo-induite pendant une infime fraction de temps, presque la même que la durée de l'impulsion lumineuse. Cependant, pour les applications pratiques, les modifications apportées à l'aimant doivent être maintenues pendant une période de temps plus longue. Les scientifiques espèrent que des impulsions lumineuses d'une durée plus longue pourraient aider à atteindre cet objectif. Dr Dmytro Afanasiev, qui travaille actuellement à l'Université de Ratisbonne dit :"Nous espérons que des impulsions lumineuses plus longues peuvent même promouvoir l'ordre magnétique au-dessus de la température d'ordre d'équilibre, afin que nous puissions observer en temps réel comment l'état ordonné naît du chaos magnétique. Cela augmentera certainement notre compréhension du magnétisme dans ces aimants van der Waals."

    L'étude est publiée dans Avancées scientifiques .


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