Dans les ferromagnétiques, comme dans un aimant de réfrigérateur, les spins atomiques s’alignent dans la même direction. Dans les antiferromagnétiques, les spins voisins pointent dans des directions opposées et s’annulent. Aujourd’hui, les physiciens rapportent des preuves expérimentales d’un matériau qui mélange les caractéristiques des deux : un diséléniure de tantale intercalé au cobalt (Co1/4TaSe2) qui semble être un alter-aimant.
Les alter-aimants, une classe que les théoriciens n’ont décrite que ces dernières années, n’ont pas de magnétisation nette, comme les antiferromagnétiques.
Mais leurs électrons se comportent comme si le matériau était magnétique, l’énergie des électrons dépendant de leur spin et de leur direction de déplacement.
Cette combinaison est intéressante pour la spintronique, l’effort visant à construire une électronique plus rapide et plus efficace qui utilise le spin des électrons plutôt que la simple charge. Étant donné que les alter-aimants ne produisent pas de champs magnétiques parasites, les appareils fabriqués à partir de ceux-ci pourraient en principe être emballés étroitement sans interférer les uns avec les autres.
« Le ferromagnétisme produit le comportement que la plupart des gens associent aux aimants quotidiens », ont déclaré le professeur Madhab Neupane, auteur principal de l’Université de Floride centrale, et ses collègues.
« Dans ces matériaux, les moments magnétiques s’alignent dans la même direction, créant un champ magnétique. Cette propriété peut être utile en électronique, mais les champs magnétiques parasites qui en résultent peuvent interférer avec les composants proches. »
« Les antiferromagnétiques se comportent différemment. Leurs moments magnétiques pointent dans des directions opposées et s’annulent, évitant ainsi largement les champs parasites. Cependant, il leur manque certaines des propriétés électroniques utiles trouvées dans les ferromagnétiques. »
« Les alter-aimants offrent une autre possibilité en combinant les caractéristiques souhaitables des deux », ont-ils ajouté.
« Comme les antiferromagnétiques, ils peuvent éviter de produire des champs magnétiques parasites indésirables. Mais ils peuvent également générer et détecter des courants de spin – le mouvement des spins des électrons à travers un matériau – que les chercheurs espèrent utiliser pour l’électronique du futur. »
Dans l’étude, les chercheurs ont utilisé une technique appelée spectroscopie de photoémission à résolution angulaire, qui cartographie la façon dont les électrons se déplacent à l’intérieur d’un cristal, y compris des mesures qui font la distinction entre les électrons de rotation « vers le haut » et ceux de rotation « vers le bas ».
Ils ont d’abord détecté une division caractéristique dans les bandes électroniques de Co1/4TaSe2.
Ils ont ensuite utilisé la spectroscopie de photoémission à résolution angulaire et résolution en spin pour examiner de plus près et ont découvert que ces états divisés portaient des polarisations de spin opposées, preuve clé de l’altermagnétisme.
« L’importance est devenue claire une fois que les mesures expérimentales correspondaient systématiquement à nos prédictions théoriques », a déclaré le professeur Neupane.
« Voir ces éléments de preuve indépendants converger nous a donné l’assurance que nous avions identifié un véritable alter-aimant à plusieurs niveaux. »
Selon les scientifiques, le matériau se distingue par le fait qu’il s’agit d’un cristal de Van der Waals en couches, ce qui pourrait faciliter sa combinaison avec d’autres matériaux exotiques, tels que les supraconducteurs, dans des dispositifs en couches.
Les autres candidats altermagnétiques étudiés jusqu’à présent, principalement le tellurure de manganèse et l’antimonide de chrome, ne sont pas stratifiés de cette manière.
« Les preuves de l’altermagnétisme dans une plate-forme de matériaux polyvalente ouvrent de nombreuses nouvelles possibilités », a déclaré le premier auteur Milo Sprague, également de l’Université de Floride centrale.
« Il y a actuellement beaucoup de débats dans la théorie altermagnétique sur la manière dont les états électroniques polarisés en spin interagissent avec d’autres phénomènes magnétiques. »
« Nous disposons désormais d’un matériel que nous pouvons facilement modifier pour explorer ces nouvelles questions. »
