Africa-Press – CentrAfricaine. Et si l’aimantation d’un matériau pouvait être changée? Tout matériau ferromagnétique a la particularité d’attirer des aimants et de s’auto-aimanter en présence d’un champ magnétique. C’est notamment le cas du fer, du nickel ou du cobalt. Tous présentent une polarité (orientation nord/sud). Cette dernière est la manifestation à grande échelle du phénomène d’aimantation. Elle est une propriété fondamentale du matériau magnétique et est liée à l’alignement collectif des spins (propriété de rotation interne, à la manière d’une aiguille de boussole) des électrons. L’aimantation est habituellement modifiée en chauffant le matériau ou en lui appliquant un champ magnétique, ce qui perturbe l’arrangement commun des spins électroniques.
Cependant, des physiciens ont démontré qu’il est possible de changer la polarité autrement. Ils ont en effet utilisé un laser sur un matériau ferromagnétique. Leur résultat inédit est publié dans la revue Nature.
Un matériau au magnétisme constant
L’impulsion laser est envoyée sur du ditellurure de molybdène (MoTe2), un matériau ultrafin organisé comme un empilement de couches d’atomes, comme les pages d’un livre. Deux étages atomiques de ce composé chimique sont déposés sur un wafer. Ce dernier, d’une taille de quelques micromètres (un millionième de mètres), désigne une tranche d’un matériau semi-conducteur comme le silicium. Le tellurure de molybdène a la particularité de former des états topologiques, c’est-à-dire des configurations géométriques au niveau quantique, dictées par les électrons. De tels états peuvent être assimilés à des analogies géométriques (comme des anneaux), même si ces formes ne sont pas à prendre au sens littéral.
La prouesse expérimentale réside en outre dans la capacité à faire passer un matériau d’isolant à conducteur, tout en restant magnétique dans les deux cas. Cela revient à modifier sa structure électronique sans détruire son ordre magnétique. « Notre expérience nous montre clairement que l’impulsion laser change l’orientation collective des spins », explique Olivier Huber, doctorant à l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich (Suisse) et coauteur de l’étude, dans un communiqué. Pour s’assurer que le composant ferromagnétique change de polarité, les chercheurs ont également utilisé un deuxième laser. Le faisceau lumineux se réfléchit alors sur le matériau et fait varier les spins des électrons. D’où le changement de polarité.
Vers des applications prometteuses
Cette expérience ouvre la voie à des applications innovantes, notamment en électronique et informatique quantique. « À l’avenir, la lumière pourrait servir à créer à la demande des circuits topologiques directement sur une puce », conclut Tomasz Smoleński, physicien expérimental à l’université de Bâle (Suisse) et coauteur principal de l’étude. En d’autres termes, élaborer des circuits électroniques qui s’adaptent à la lumière, comme c’est le cas dans des circuits quantiques.
Une telle utilisation d’un laser permettrait également l’élaboration de minuscules interféromètres, des instruments permettant de mesurer des champs électromagnétiques extrêmement faibles.
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